哈工大研发出高倍率超快充放电石墨烯量子电池

传统锂离子电池都采用石墨类负极材料，在负极性能相似的情况下，锂离子电池的性能很大程度上取决于正极材料。

研究表明：通过在锂电池正负极材料中添加石墨烯，一是作为导电剂，二是作为负极电极嵌锂材料，在降低电池内阻的同时，可以达到实现高倍率快充快放和大幅提高电池循环寿命以及提升电池耐受高低温的性能的作用。

近日，哈尔滨工业大学王殿龙教授在石墨烯量子电池领域取得重大突破。通过实验和理论计算，他们发现自主研发的纳米石墨烯/LiFePO4电池在水溶液中具有超快充放电速度，在200C（3600/200=18秒）充放电倍率下，容量可保持理论容量的92%。这一倍率性能超过2009年MITCeder教授在Nature上报道的最快充放电速度（150C下容量保持56%），同时也发现比同等条件下有机电解液的充放电速度快约10倍。

通过电化学实验和模拟及量子化学第一性原理计算，发现纳米石墨烯/LiFePO4超充放电的机理，关键是LiFePO4纳米颗粒与不同电解液接触形成的新的固液界面结构，该固液界面的结构成为锂离子脱嵌过程及锂离子输运速度的决速步。

石墨烯/LiFePO4与水溶液电解质接触后，表面化学吸附键合水分子的氧原子弥补了表面的对称性破缺，形成了与体相对称性一样的结构，同时又形成了一层水合界面。这层界面不仅有类似于体相的结构，同时也具有溶液中锂离子的水合结构，这将降低锂离子在界面处的脱嵌能垒，有利于锂离子溶剂化和去溶剂化过程。

此项研究将为今后进一步提高纳米量子电容电池倍率性能提供新的方法和视角，即通过调控正极材料的界面性质提高电容电池的倍率性能。