（香港文匯網記者 趙臣 合肥報道）記者從中國科學技術大學獲悉，該校季恆星教授研究組與合作者們在新型鋰離子電池電極材料研究方面取得重大突破。上述科研團隊通過採用常規的工藝路線和技術參數將黑磷複合材料做成電極片，使用該電極片的電動汽車鋰電池，充電9分鐘即可恢復約80%的電量，2000次循環後仍可保持90%的容量。該成果以「Black Phosphorus Composites with Engineered Interfaces for High-Rate High-Capacity Lithium Storage」為題，於10月9日凌晨在國際頂尖雜誌《Science》刊發。

通過碳磷共價鍵連接在一起的黑磷複合材料具備更加穩定的結構和更高的鋰離子傳輸能力。中科大供圖

據論文第一作者金洪昌博士介紹，能量通過鋰離子與電極材料的化學反應進出電池，因此電極材料對鋰離子的傳導能力是決定充電速度的關鍵；另一方面，單位質量或體積的電極材料容納鋰離子的多少也是一個重要因素。黑磷是白磷的同素異形體，特殊的層狀結構賦予它很強的離子傳導能力和高理論容量，是極具潛力的滿足快充要求的電極材料。然而黑磷容易從層狀結構的邊緣開始發生結構破壞，實測性能遠低於理論預期。

季恆星團隊採用「界面工程」策略將黑磷和石墨通過磷碳共價鍵連接在一起，在穩定材料結構的同時提升了黑磷石墨複合材料內部對鋰離子的傳導能力。但電極材料在工作過程中會被電解液逐漸分解的化學物質所包裹，部分物質會阻礙鋰離子進入電極材料，就像玻璃表面的灰塵阻礙光線穿透。研究團隊用輕薄的聚合物凝膠做成防塵外衣「穿」在黑磷石墨複合材料表面，使鋰離子得以順利進入。

論文共同第一作者、中國科學院化學研究所的辛森研究員介紹，採用常規的工藝路線和技術參數將黑磷複合材料做成電極片。實驗室的測量結果表明，電極片充電9分鐘即可恢復約80%的電量，2000次循環後仍可保持90%的容量。如果能夠實現這款材料的大規模生產，找到匹配的正極材料及其他輔助材料，並針對電芯結構、熱管理和析鋰防護等進行優化設計，將有望獲得能量密度達350瓦時/千克並具備快充能力的鋰離子電池。

據介紹，特斯拉Model S滿電後的行駛里程為650千米，而具備能量密度350瓦時/千克的鋰離子電池能夠使電動汽車的行駛里程接近1000千米；目前市售最先進的電動汽車也需要「坐等」充電一小時才能達到同樣的增程效果，而快速充電能力將使電動汽車的用戶體驗上升一個台階。

香港文匯網 2020年10月09日

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