浙大超级电池：5秒快充，通话2小时

浙江大学高分子科学与工程学系高超团队研制出新型铝-石墨烯"超级电池"。这种电池既耐高温，又抗严寒，而且还可弯折。未来如果用到手机上，极可能实现充电5秒就可以通话2小时的目标。更神奇的是，这种电池经历25万次循环，比电容量仍高达91%，几乎没有损失。也就是说，如果用在手机上，就算每天充电10次，也能用上近70年。

浙江在线报导，"超级电池"的耐寒耐高温性，让它可以在摄氏零下40度到摄氏120度的环境中工作。在零下30的环境中，它能实现1000次充放电性能不减，而在100度的环境中，它能实现4.5万次稳定循环。另外，它是柔性的，将它弯折一万次后，容量完全不流失；而且，即使电芯暴露于火焰中也不会起火或爆炸。

相关论文12月15日发表于Science Advances，第一作者为团队的陈皓博士。

据报导，"超级电池"的正极是石墨烯薄膜，负极是金属铝。把它们串联在一起，就能点亮一组LED灯。经过测试，石墨烯正极的比容量达到120mAh/g（毫安时每克），在25万次充放电循环后仍能保持91%的容量；同时其倍率性能优异，快速充电可1.1秒内充满电，仍具有111mAh/g的可逆比容量。

相比于锂电池，"超级电池"展现出明显优势：一般电池随着反复充放电，比电容量会不断降低，这就是俗话说的不耐用。但铝-石墨烯电池在这一点上则表现优异。如果把一次充电—放电作为一次循环，这种电池经历25万次循环，比电容量仍高达91%，几乎没有损失。但是，高超团队直言，"超级电池"距离真正商业化还面临很大的挑战。

报导指出，铝是地壳中含量最丰富的金属元素，廉价安全，在电池制备中是一种理想的负极材料。但是多年来，铝电池的整体性能仍然比不上锂离子电池和超级电容器。关键问题是要设计出能与铝匹配、高效工作的正极材料，才能真正发挥出色的电化学性能。

2015年，史丹福大学的戴宏杰课题组在Nature杂志发表工作，采用高温裂解石墨泡沫来制作正极，首次实现了比容量较高且可长循环的铝离子电池。高超课题组受此启发，尝试用石墨烯膜来制作铝电池的电极。

经过一年半摸索和积累，高超团队提出了石墨烯正极材料的"三高三连续"设计原则。

"电池的性能，关键取决于电子和离子在正极和负极之间‘奔跑’的状态。"高超说，电极材料要让尽可能多的电子和离子畅通地奔跑，或者快速"归位"。如果路不够多或者道路拥挤，性能就会受到影响。"三高"指微观结构的高质量、高取向、高孔道率；"三连续"指宏观结构上有连续的导电网络、连续的离子传输通道和连续的离子嵌层通道。

"现在一些智能手机也有快充功能，看似电池很快充满了，实际续航时间并不长。"高超说，而这种新型电池现在的实验室数据是1.1秒就能充满电，比电容量损失轻微。

高超说，目前的正极比容量、输出电压及面负载量还有较大的提升空间，能量密度不足以与锂离子电池相匹敌，今后还需在保持高功率密度的基础上进一步提高能量密度。此外，目前经典的离子液体电解质价格较贵，如果可以找到更廉价的电解质，铝离子电池的商业前景将更宽广。