目前電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展迅速，但鋰離子電池充電速度慢依然是個(gè)問(wèn)題。為了使電池具有快充能力，長(zhǎng)期以來(lái)研究人員致力于增強(qiáng)電解液傳質(zhì)(mass transfer)和電極中的電荷傳遞，尤其是前者。

(圖片來(lái)源：ACS)

據(jù)外媒報(bào)道，日本先進(jìn)科學(xué)技術(shù)研究所(JAIST)的研究人員展示了一種新方法，利用粘結(jié)劑材料來(lái)促進(jìn)鋰離子嵌入活性材料，從而實(shí)現(xiàn)快速充電。粘結(jié)劑材料可以改善脫溶鋰離子在固體電解質(zhì)界面(SEI)和負(fù)極材料內(nèi)的擴(kuò)散，從而實(shí)現(xiàn)高電導(dǎo)率、低阻抗和良好的穩(wěn)定性。

研究人員Noriyoshi Matsumi和Rajashekar Badam教授表示：“目前的策略是使用生物衍生硼酸鋰聚合物作為水性聚電解質(zhì)粘合劑，從而增強(qiáng)電極內(nèi)的電荷轉(zhuǎn)移，比如使石墨負(fù)極顯示出快速充電能力。”

Matsumi教授表示：“該粘合劑材料包括高度可解離的硼酸鋰，可以促進(jìn)鋰離子在負(fù)極基質(zhì)中擴(kuò)散。此外，這種粘結(jié)劑可以形成有機(jī)硼SEI。與普通電池相比，這類(lèi)SEI顯示出的界面電阻非常低。”

硼化合物(如粘結(jié)劑中的四配位硼和富硼SEI)的作用是，通過(guò)降低在SEI處鋰離子從溶劑鞘中解溶的活化能，幫助鋰離子脫溶。此外，在高擴(kuò)散和低阻抗的情況下，可以降低界面處與電荷轉(zhuǎn)移相關(guān)的過(guò)電位。JAIST的Anusha Pradhan博士表示：“這是實(shí)現(xiàn)超快充電的重要因素之一。

一般情況下，當(dāng)充電速度超過(guò)鋰嵌入的速度時(shí)，石墨電極上會(huì)發(fā)生鋰電鍍。這是一個(gè)不受歡迎的過(guò)程，會(huì)導(dǎo)致電池壽命縮短，并影響快速充電能力。這項(xiàng)研究改善了離子在SEI上和電極內(nèi)的擴(kuò)散，限制鋰離子的濃差極化，因此石墨上沒(méi)有出現(xiàn)電鍍層。

在這項(xiàng)研究中，研究人員不僅提出了新策略，以實(shí)現(xiàn)極高倍率充電電池和降低界面電阻，而且使用了一種從咖啡酸中提取的生物聚合物。咖啡酸是一種植物性有機(jī)化合物，是可持續(xù)的材料來(lái)源。在電池中使用生物資源，有助于減少二氧化碳排放。Matsumi教授表示：“在未來(lái)的研究中，這種粘結(jié)劑還可以與高倍率充電活性材料相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)協(xié)同效應(yīng)，進(jìn)一步提高性能。”

隨著深入研究電池性能，用戶可以期待更環(huán)保的能源使用方式，特別是在交通領(lǐng)域。Matsumi教授表示：“借助高倍率充電電池技術(shù)，人們可以享受電動(dòng)汽車(chē)和便利的移動(dòng)設(shè)備。因?yàn)槭褂每稍偕Y源，可在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持產(chǎn)品可用性，而無(wú)需考慮化石資源的可用性和社會(huì)狀況。”