寧波材料所動(dòng)力鋰電池工程實(shí)驗室采用量產(chǎn)的多層石墨烯（由寧波墨西科技有限公司生產(chǎn)提供）為柔性正極、金屬鋁為負極、離子液體為電解液，構建出具有超長(cháng)循環(huán)壽命和超高倍率性能的2V鋁離子電池。
電化學(xué)儲能技術(shù)是解決電動(dòng)汽車(chē)與可再生能源并網(wǎng)發(fā)電的關(guān)鍵。以有機溶劑為電解液的鋰離子電池在能量密度上具有優(yōu)勢，但存在安全隱患和鋰資源有限的問(wèn)題。與之相比，水系非鋰離子（如鈉離子、鉀離子、鋅離子、鎂離子等）電池具有高安全和低成本等優(yōu)點(diǎn)，在儲能領(lǐng)域中具有重要應用前景。
自2013年以來(lái)，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所動(dòng)力鋰電池工程實(shí)驗室前瞻布局了非鋰離子電池的新概念電池研究，在水系離子新概念電池基礎研究上取得了系列進(jìn)展。但水系離子電池的循環(huán)壽命比較有限，一般小于1000次，難以滿(mǎn)足規模儲能的需要。2015年美國斯坦福大學(xué)教授戴宏杰在Nature報道了一種新型鋁離子電池，因其耐用、低可燃性及成本等特點(diǎn)，而引起學(xué)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。
受該工作啟發(fā)，寧波材料所動(dòng)力鋰電池工程實(shí)驗室開(kāi)展了以石墨烯為電極的鋁離子電池研究。在該工作中，科研人員采用量產(chǎn)的多層石墨烯（由寧波墨西科技有限公司生產(chǎn)提供）為柔性正極、金屬鋁為負極、離子液體為電解液，構建出具有超長(cháng)循環(huán)壽命和超高倍率性能的2V鋁離子電池。研究發(fā)現二維片狀石墨類(lèi)負極材料的厚度（層數）和橫向尺寸均對AlCl4-離子的嵌入行為有重要影響。相對于層數達千層的鱗片石墨，多層石墨烯的層數極少（10層以下），可以顯著(zhù)降低AlCl4-離子嵌入和擴散的活化能，使得該電池具有超高的倍率性能，因此可在1分鐘內完成充放電。另一方面，由更大尺寸的多層石墨烯制作的電極，由于具有更好的柔韌性和石墨化度，對AlCl4-離子的重復嵌入和脫出具有更強的耐受能力，從而讓電池表現超長(cháng)的循環(huán)壽命，充放電循環(huán)10000次后容量幾乎無(wú)衰減。
此外，該研究工作通過(guò)一系列的精細表征還進(jìn)一步揭示了AlCl4-離子在多層石墨烯、石墨等二維石墨類(lèi)正極材料的插層化學(xué)機制，即插層離子誘導的四階和五階結構變化機制。
該研究工作不僅對鋁離子電池中石墨類(lèi)正極材料的選擇具有重要指導意義，還對于發(fā)展實(shí)用化石墨烯基新型長(cháng)壽命儲能電池具有較大的學(xué)術(shù)價(jià)值。
 采用石墨烯柔性電極和石墨涂層電極的鋁離子電池放電模型
不同尺寸石墨烯和石墨正極中插層離子誘導的高階結構變化機制
資料來(lái)源：寧波材料技術(shù)與工程研究所
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