新研制的鋰-二氧化碳電池 本報記者 張彥剛 攝

近期由西北工業(yè)大學(xué)納米能源材料研究中心謝科予教授團(tuán)隊所研究的鋰-二氧化碳電池，比同等體量的傳統(tǒng)鋰電池提升了7倍，而且所用材料更加環(huán)保。該研究在各類電子產(chǎn)品、交通工具甚至航空、航天領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

在謝科予教授的實驗室，一塊圓形的紐扣電池引起了記者的注意，別看它個頭小， 這就是謝教授團(tuán)隊一直研究的“鋰-二氧化碳電池”。仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)電池的一側(cè)并非封閉結(jié)構(gòu)，而是由許多孔洞構(gòu)成。據(jù)謝教授介紹，與目前已經(jīng)大量商業(yè)化應(yīng)用的鋰電池相比，鋰-二氧化碳電池最大的優(yōu)勢就是具有更高的能量密度。實驗數(shù)據(jù)顯示，其容量比是鋰電池的7倍，假設(shè)我們現(xiàn)在使用的手機(jī)電池可以續(xù)航3天，未來使用同等重量同等體積的鋰-二氧化碳電池或許可以使用21天甚至更久。

它的另一個優(yōu)勢就是利用二氧化碳?xì)怏w提供電能，可謂是變“廢”為寶。同時在整個能量轉(zhuǎn)換過程中，比傳統(tǒng)的鋰電池更加綠色環(huán)保。

鋰-二氧化碳電池具有巨大的發(fā)展?jié)摿皯?yīng)用價值，作為金屬氣體電池家族之一，其工作原理與傳統(tǒng)電池相比都是全新的。謝科予教授團(tuán)隊從催化反應(yīng)機(jī)理和電極的宏觀設(shè)計入手解決這一難題。

由于之前沒有做過此類研究，一切都是從零開始，從基礎(chǔ)的實驗體、實驗條件方案到測試的設(shè)備裝置都需要團(tuán)隊自己搭建。“我們摸索了一整年才把工藝搞清楚。”項目組成員王輝說。

團(tuán)隊攻克了在實驗中遇到的諸多問題，設(shè)計了一種具有強(qiáng)界面電子相互作用的硫化鋅量子點——氮摻雜石墨烯雙向催化劑，首次將界面相互作用引入鋰-二氧化碳電池，并深入揭示其作用機(jī)制。鋰-二氧化碳電池的電化學(xué)性能得到了大幅度提升。

根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，目前謝科予教授團(tuán)隊所研究的鋰-二氧化碳電池已經(jīng)具備了在某些特定環(huán)境中應(yīng)用的能力。“后續(xù)我們可能會圍繞鋰金屬負(fù)極方面做一些保護(hù)，更好地提高電池的循環(huán)效率。”團(tuán)隊成員周麗嬌稱。除此以外，團(tuán)隊未來還將試圖用固體聚合物替代現(xiàn)有的電解液，為鋰-二氧化碳電池提供更多應(yīng)用場景。

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