自燃爆炸、壽命短、電量不耐用……隨著電動(dòng)汽車(chē)、智能手機(jī)的普及，電池的缺陷日益困擾著人們的日常生活。如今，隨著物理學(xué)院副教授魯兵安等人的研究成果 ——鋁離子電池面世，這些問(wèn)題都有望得到解決，電池產(chǎn)業(yè)亦將產(chǎn)生革命性變化。倫敦時(shí)間4月6日，國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)刊物《Nature》在線發(fā)表了魯兵安等作為第一作者的論文《快速充放電鋁離子電池》。這標(biāo)志著我校在《Nature》發(fā)文實(shí)現(xiàn)零的突破。

電池，特別是鋰離子電池，在日常生活中頻繁使用，但鋰電池容量低、壽命短，且存在高溫、碰撞等條件下容易自燃或爆炸等巨大安全隱患。高容量和安全的可充電鋁電池一直是科學(xué)界致力于研究的現(xiàn)有電池的取代品，然而由于鋁電池正極材料容易被腐蝕和不能有效的進(jìn)行放電等問(wèn)題，在過(guò)去30年中可充電鋁電池始終處于概念階段。

可快速充電、柔性、離子液體、二次鋁電池成功研發(fā)

魯兵安副教授等人用石墨作為正極材料，并用一種相當(dāng)于鹽溶液的離子液體作為電解液，從而解決了鋁電池研究在材料上的瓶頸問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)用三維石墨作為電池正極材料，由于三維石墨優(yōu)良的導(dǎo)電性能和巨大的比表面積，能夠極大的縮短電池的充電時(shí)間。過(guò)去在iPhone等使用鋰電池的手機(jī)上需要1個(gè)小時(shí)才能完成的充電量，在該鋁電池上1分鐘即可完成。今后，鋁電池充電1小時(shí)，手機(jī)使用3、4天不再是假想。同時(shí)，鋁電池壽命更長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)證明，鋁電池循環(huán)7500次后，容量幾乎沒(méi)有衰減。而普通鋰電池的循環(huán)壽命一般為300次。

以三維石墨為正極的鋁電池材料形貌與性能表征

除了安全、壽命長(zhǎng)、快速充電慢速放電等優(yōu)點(diǎn)，相較于鋰電池，鋁電池生產(chǎn)成本將更低，還有電解產(chǎn)生的離子液體無(wú)毒等環(huán)保優(yōu)勢(shì)。今后，鋁電池不僅可以使用在如今通用的手機(jī)等小家電上，還將在電動(dòng)汽車(chē)等容易產(chǎn)生劇烈碰撞與高溫地方取代目前的電池。

魯兵安演示可快速充電、柔性、離子液體、二次鋁電池

在世界能源發(fā)展的趨勢(shì)從發(fā)展新能源轉(zhuǎn)向能源儲(chǔ)備的今天，《Nature》雜志認(rèn)為該研究成果，首次實(shí)現(xiàn)了可充電鋁離子液體電池，可應(yīng)用于現(xiàn)代各種電子設(shè)備從而改善人類(lèi)的生活方式。目前該成果已經(jīng)在美國(guó)獲得了多項(xiàng)專(zhuān)利保護(hù)，并有數(shù)家知名企業(yè)致力于買(mǎi)斷該專(zhuān)利。

據(jù)了解，《Nature》雜志是國(guó)際上最具影響力的學(xué)術(shù)期刊之一。其發(fā)表的論文代表了某一重要科學(xué)問(wèn)題的實(shí)質(zhì)性進(jìn)展,具有近期和遠(yuǎn)期的重要影響。

1985年出生的魯兵安，2012年博士畢業(yè)后來(lái)校工作，現(xiàn)為湖南大學(xué)物理與微電子科學(xué)學(xué)院副教授。2014年5月，在國(guó)家留學(xué)基金委的支持下，以訪問(wèn)學(xué)者的身份前往美國(guó)斯坦福大學(xué)化學(xué)系戴宏杰課題組進(jìn)行為期一年的交流訪問(wèn)。