85后副教授研發(fā)電池獲突破 手機(jī)可一分鐘充滿電

29歲的魯兵安昨早六點(diǎn)在斯坦福大學(xué)化學(xué)系實(shí)驗(yàn)室開始了實(shí)驗(yàn)，他和團(tuán)隊(duì)成員正在完善一種前所未有的電池：陽極是鋁，陰極是石墨，電池可以隨意彎折，向內(nèi)鉆孔不會(huì)起火。手機(jī)外接上這種電池設(shè)備，不到一分鐘就能充滿電。這個(gè)令人期待的新型電池被稱為快速充放電鋁離子電池，研發(fā)結(jié)果在近日的《自然》雜志上在線發(fā)表，來自湖南大學(xué)的副教授魯兵安作為共同第一作者備受關(guān)注。但何時(shí)能用上充電快還不怕自燃的鋁離子電池，時(shí)間還尚未可知。

　　反常實(shí)驗(yàn)取得突破

　　電池被廣泛用于我們的生活，目前，市面上常見的電池包括鋰離子電池和堿性電池，但堿性電池因含有鉛汞等原料有污染環(huán)境的危險(xiǎn)，手機(jī)等電器中頻繁使用的鋰離子電池也不乏缺陷：容量低、壽命短，高溫或碰撞時(shí)容易自燃或爆炸，一度被飛機(jī)貨艙“拒載”。

　　科學(xué)界一直致力于研究替代品或升級(jí)品?？沙潆婁X電池30年來一直處于概念階段，鋁電池正極材料易被腐蝕、不能有效放電等難題難以突破。

　　2013年6月，斯坦福大學(xué)化學(xué)系戴宏杰教授的課題組啟動(dòng)了科研項(xiàng)目，計(jì)劃做一個(gè)能充放電的鋁電池。

　　去年5月，湖南大學(xué)物理與微電子科學(xué)學(xué)院副教授魯兵安以訪問學(xué)者的身份去美，他加入了這個(gè)由6個(gè)華人年輕研究者組成的團(tuán)隊(duì)，繼續(xù)攻克鋁離子電池。

　　“當(dāng)時(shí)我們手工做了上百個(gè)電池，但都沒有成功，大家都快放棄了”，魯兵安回憶說，“2014年6月一天晚上12點(diǎn)，我冒著毀壞設(shè)備的危險(xiǎn)，反常理地實(shí)驗(yàn)了下大電流充放電，居然成功了?！?/span>

　　在魯兵安的那次反常實(shí)驗(yàn)后，課題組有了更明確的目標(biāo)，經(jīng)過后續(xù)無數(shù)次實(shí)驗(yàn)，他們?nèi)〉猛黄菩猿晒?，并在《自然》雜志發(fā)表了論文。

　　《自然》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)備從而改善人類的生活方式。

　　一分鐘能充滿電？

　　在斯坦福大學(xué)實(shí)驗(yàn)室公開的視頻中，一只沒電的手機(jī)，外接上可以折疊的口袋樣的鋁離子液體電池，顯示充電的綠色迅速躥升滿格，而整個(gè)充電過程中，時(shí)間停在12點(diǎn)41分并沒有變化。

　　“過去在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，在鋁電池上1分鐘即可完成”，魯兵安介紹說，今后，鋁電池充電1小時(shí)，手機(jī)使用三四天不再是假想。

　　他們的實(shí)驗(yàn)證明，鋁電池的壽命更長。鋁電池循環(huán)7500次后，容量幾乎沒有衰減。而普通鋰電池的循環(huán)壽命一般為300次。

　　最近多家航空公司規(guī)定，禁止在客機(jī)上整批運(yùn)輸鋰離子電池，鋰電池容易成為火災(zāi)隱患這一問題再次被重視，但實(shí)驗(yàn)室中的鋁離子電池卻不怕火。實(shí)驗(yàn)展示視頻中，一根電鉆鉆入正在使用中的鋁電池，電池沒有燃燒，仍能繼續(xù)工作。

　　魯兵安介紹，即便把鋁電池放到火上烤，也不會(huì)出現(xiàn)爆炸的情況。這是因?yàn)殡姵貎?nèi)部的等離子電解液不會(huì)燃燒，鋁和石墨也不易燃燒，因此這種鋁電池非常安全。

　　斯坦福大學(xué)參與此項(xiàng)研究的學(xué)生龔明在實(shí)驗(yàn)中展示了電池的靈活性，他首先點(diǎn)亮一只LED燈，并且不斷彎折電池，盡管電池被彎折了，LED燈卻還亮著。

　　龔明介紹說：“我們?cè)谥悄苁謾C(jī)里放兩個(gè)這樣的電池，只要有了可彎折的屏幕，再加上可彎折的電池，我們就可能擁有可以彎折的智能手機(jī)?！?/span>

　　安全、壽命長、快速充電慢速放電……能夠聚合這些優(yōu)點(diǎn)，源于斯坦福大學(xué)戴宏杰課題組找到了合適的材料。

　　課題組負(fù)責(zé)人戴宏杰教授說：“人們以前嘗試過各種不同類型的陰極材料，但是在這次實(shí)驗(yàn)中我們偶然發(fā)現(xiàn)了一個(gè)簡單的解決方案就是使用石墨，它幾乎完全以碳作為基礎(chǔ)材料?！?/span>

　　鋁離子電池的研究團(tuán)隊(duì)，用三維石墨作為電池正極材料，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題，由于三維石墨優(yōu)良的導(dǎo)電性能和巨大的比表面積，能夠極大地縮短電池的充電時(shí)間。

　　原型電池仍待改良

　　但現(xiàn)實(shí)中，可快速充電的電池要到“手機(jī)黨”的手里，還需要更長的時(shí)間和更多的投入。魯兵安介紹說，現(xiàn)在的鋁電池還只是原型產(chǎn)品，如果要商用，還需要更多的人加入進(jìn)來。例如，利用鋁電池的柔性特點(diǎn)，設(shè)計(jì)各種各樣的可穿戴設(shè)備。

　　斯坦福大學(xué)的公開信息顯示，可充電鋁離子液體電池已經(jīng)在美國獲得了多項(xiàng)專利保護(hù)，并且有多家國際知名企業(yè)致力于買斷這項(xiàng)專利，正在談判中。

　　“鋁離子技術(shù)也
提供了一個(gè)可以替代一次性堿性電池的環(huán)境友好型技術(shù)”，戴宏杰教授表示，但是鋁離子電池的電壓也十分需要改進(jìn)。

　　清華大學(xué)一位不愿具名的專家認(rèn)為，鋁離子電池是個(gè)實(shí)驗(yàn)室里的美好想象，但要真正應(yīng)用，不知道在為大容量電器充電時(shí)，是否還能達(dá)到很快的速度。

　　目前，魯兵安和課題組成員仍在為了鋁電池改進(jìn)加緊實(shí)驗(yàn)，受現(xiàn)有技術(shù)所限，鋁電池產(chǎn)生的電壓是一個(gè)典型的鋰電池電壓的一半，目前的原型電池只能產(chǎn)生2伏電壓，低于傳統(tǒng)電池的3.6伏，還不能用于手機(jī)，能量密度也低于常規(guī)鋰電池，需要繼續(xù)改良陰極材料。

　　不過，研究團(tuán)隊(duì)表現(xiàn)得很有信心。戴宏杰教授說，“提高陰極材料質(zhì)量最終可以增加電壓并提高能量密度。此外，我們的電池有一切你認(rèn)為電池應(yīng)有的特點(diǎn)：電極便宜，安全性好，充電快，可彎曲，壽命長。我認(rèn)為這是一款還處在萌芽階段的新型電池，很振奮人心?！?/span>