原標(biāo)題：充電7秒鐘、續(xù)航35公里：我國(guó)科學(xué)家成功研制石墨烯超強(qiáng)電池
新華社上海12月18日電（記者王琳琳）18日，記者從中科院上海硅酸鹽所獲悉，該所科學(xué)家已研制出一種高性能超級(jí)電容器電極材料——氮摻雜有序介孔石墨烯。該材料具有極佳的電化學(xué)儲(chǔ)能特性，可用作電動(dòng)車(chē)的“超強(qiáng)電池”：充電只需7秒鐘，即可續(xù)航35公里。相關(guān)研究成果已于18日發(fā)表在世界頂級(jí)期刊《科學(xué)》上。
超級(jí)電容器，是介于傳統(tǒng)電容器和電池之間的一種電化學(xué)儲(chǔ)能裝置。由于具有功率密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全可靠等特點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于混合電動(dòng)汽車(chē)、大功率輸出設(shè)備等多個(gè)領(lǐng)域。如何讓超級(jí)電容器兼具高功率、高能量，長(zhǎng)期以來(lái)科學(xué)家并沒(méi)有找到理想材料。
為破解這一難題，中科院上海硅酸鹽所聯(lián)合北京大學(xué)（微博）、美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)展開(kāi)持續(xù)攻關(guān)。黃富強(qiáng)研究團(tuán)隊(duì)最終發(fā)現(xiàn)，石墨烯是超級(jí)電容器電極的最佳選擇。
通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)、設(shè)計(jì)、合成，黃富強(qiáng)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，氮摻雜有序介孔石墨烯的性能表現(xiàn)最佳。不僅能實(shí)現(xiàn)高能量密度、高功率密度，而且還可以通過(guò)使用水基電解液，做到無(wú)毒、環(huán)保、價(jià)格低廉、安全可靠。
據(jù)介紹，該新型石墨烯超級(jí)電容器體積輕巧、不易燃也不易爆，可采用低成本制備，實(shí)現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)。因性能較鉛酸、鎳氫等電池有明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，且在快速充放方面又遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于鋰電池，因此該“超級(jí)電池”可廣泛應(yīng)用于現(xiàn)有混合電動(dòng)汽車(chē)、大功率輸出設(shè)備的更新?lián)Q代。
【延伸閱讀】 特斯拉推介家庭及企業(yè)電池組產(chǎn)品
4月30日，在美國(guó)加利福尼亞州霍索恩，特斯拉公司首席執(zhí)行官馬斯克在產(chǎn)品推介會(huì)上講話(huà)。主要研發(fā)電動(dòng)車(chē)的美國(guó)特斯拉汽車(chē)公司30日正式推出兩款分別用于家庭和企業(yè)的電池組產(chǎn)品。特斯拉表示，其鋰離子電池組用太陽(yáng)能充電，可成為家庭和企業(yè)的供電來(lái)源。產(chǎn)品推介會(huì)在特斯拉公司位于加利福尼亞州南部的設(shè)計(jì)工作室舉行，工作人員現(xiàn)場(chǎng)展示了名為“電力墻”的家用電池組和名為“電力組”的企業(yè)用電池組。新華社記者楊磊攝
4月30日，在美國(guó)加利福尼亞州霍索恩，特斯拉公司首席執(zhí)行官馬斯克在產(chǎn)品推介會(huì)上講話(huà)。主要研發(fā)電動(dòng)車(chē)的美國(guó)特斯拉汽車(chē)公司30日正式推出兩款分別用于家庭和企業(yè)的電池組產(chǎn)品。特斯拉表示，其鋰離子電池組用太陽(yáng)能充電，可成為家庭和企業(yè)的供電來(lái)源。產(chǎn)品推介會(huì)在特斯拉公司位于加利福尼亞州南部的設(shè)計(jì)工作室舉行，工作人員現(xiàn)場(chǎng)展示了名為“電力墻”的家用電池組和名為“電力組”的企業(yè)用電池組。新華社記者楊磊攝
4月30日，在美國(guó)加利福尼亞州霍索恩，一名攝影師拍攝特斯拉汽車(chē)公司推出的“電力墻”家用電池組。主要研發(fā)電動(dòng)車(chē)的美國(guó)特斯拉汽車(chē)公司30日正式推出兩款分別用于家庭和企業(yè)的電池組產(chǎn)品。特斯拉表示，其鋰離子電池組用太陽(yáng)能充電，可成為家庭和企業(yè)的供電來(lái)源。產(chǎn)品推介會(huì)在特斯拉公司位于加利福尼亞州南部的設(shè)計(jì)工作室舉行，工作人員現(xiàn)場(chǎng)展示了名為“電力墻”的家用電池組和名為“電力組”的企業(yè)用電池組。新華社記者楊磊攝
【延伸閱讀】英媒：科學(xué)家宣布攻克“超級(jí)電池”技術(shù)難關(guān)
參考消息網(wǎng)11月1日?qǐng)?bào)道 英媒稱(chēng)，劍橋大學(xué)在電化學(xué)領(lǐng)域的一項(xiàng)突破或?qū)⒋呱沙潆姷某?jí)電池。這種電池在給定空間內(nèi)存儲(chǔ)的能量是目前最好電池的5倍，可大大拓展電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程，并可能大幅提高電力存儲(chǔ)的經(jīng)濟(jì)效益。
據(jù)英國(guó)《金融時(shí)報(bào)》網(wǎng)站10月30日?qǐng)?bào)道，化學(xué)教授克萊爾·格雷和她的團(tuán)隊(duì)攻克了鋰空氣電池開(kāi)發(fā)中的技術(shù)難關(guān)。理論上說(shuō)，只有這種電池能讓電動(dòng)汽車(chē)在不必?cái)y帶巨大而笨重的電池組的情況下，擁有可媲美汽油車(chē)及柴油車(chē)的續(xù)航里程。
報(bào)道稱(chēng)，如果能把該技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室的演示品轉(zhuǎn)變?yōu)樯唐罚敲雌?chē)只充一次電就能從倫敦駛到愛(ài)丁堡（兩地相距約650公里——本網(wǎng)注），所用電池的成本和重量卻只有今日電動(dòng)汽車(chē)所用鋰離子電池的1/5。
格雷教授表示：“我們?nèi)〉玫某删褪惯@項(xiàng)技術(shù)向前邁出了重要一步，預(yù)示著全新的研究領(lǐng)域。我們?nèi)晕慈P(pán)解決這一化學(xué)機(jī)制所固有的問(wèn)題，但我們的成果確實(shí)揭示了前行的道路。”
和目前的可充電電池中盛行的鋰離子技術(shù)相比，鋰空氣電池理論上可存儲(chǔ)的能量要多得多，以至于全球的研究人員都在開(kāi)展鋰空氣電池的研究。
發(fā)表在美國(guó)《科學(xué)》周刊上的一篇研究論文顯示，劍橋的這個(gè)團(tuán)隊(duì)攻克了這種技術(shù)中的部分實(shí)際問(wèn)題——尤其是化學(xué)上的不穩(wěn)定問(wèn)題。此前，由于這種化學(xué)上的不穩(wěn)定，鋰空氣電池會(huì)顯示出性能迅速衰退的現(xiàn)象。
鋰空氣電池的基本化學(xué)原理十分簡(jiǎn)單。這種電池通過(guò)鋰和氧結(jié)合成過(guò)氧化鋰實(shí)現(xiàn)放電，再通過(guò)施加電流逆轉(zhuǎn)這一過(guò)程而完成充電。如何可靠地令上述反應(yīng)反復(fù)發(fā)生是該技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)。劍橋的科學(xué)家對(duì)相關(guān)化學(xué)過(guò)程做了調(diào)整以提高其可控性。比如，他們將過(guò)氧化鋰轉(zhuǎn)變?yōu)楦滋幚淼臍溲趸嚕€向系統(tǒng)中添加了碘化鋰，并用石墨烯制作了滲透性極好的“蓬松”電極。所謂石墨烯，是12年前曼徹斯特大學(xué)發(fā)現(xiàn)的一種碳的同素異形體。
研究人員表示，劍橋?qū)嶒?yàn)室中展示的電池系統(tǒng)效率達(dá)90%，可充電2000次。不過(guò)他們表示，可能至少還需10年的工作才能將該電池變?yōu)榭捎糜谄?chē)和電網(wǎng)蓄電的商業(yè)電池。電網(wǎng)蓄電裝置用于存儲(chǔ)太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電站間歇發(fā)出的電力，以便在需要的時(shí)候使用。
格雷教授表示：“我們獲得了該技術(shù)的專(zhuān)利，其知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸劍橋大學(xué)商業(yè)化機(jī)構(gòu)劍橋?qū)崢I(yè)所有。我們正與多家公司合作推進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)。”
（2015-11-01 13:10:16）
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