西工大专家“智造”出新型电池 续航能力比传统锂电池提升7倍

■记者姜泓

手机没用多久就几乎要天天充电,新能源汽车续航时间短、不敢跑长途、不敢开空调……高科技在给人类带来便利的同时，也带来诸多新的困扰。记者昨日从西北工业大学获悉，该校纳米能源材料研究中心谢科予教授团队成功研发的锂－二氧化碳电池，为彻底解决这些问题提供了可能。实验数据显示：锂－二氧化碳电池比同等体量的传统锂电池在续航能力上提升了7倍，而且所用材料更加环保。该研究成果在各类电子产品、交通工具甚至航空、航天领域，均具有广阔的应用前景。

变废为宝

新电池续航能力大提升

随着新能源技术层出不穷，各类电能储存和转换装置日渐丰富多样。近年来，锂离子电池一直在全球社会经济中发挥着重要的作用，得到广泛应用。然而，锂离子电池的理论能量密度低、续航时间短的缺陷，已经难以满足人们日渐增长的需求。如何才能研制出在续航能力等指标大幅提升的新电池？一直是谢科予教授团队研究的方向。

在谢科予教授的实验室，一块圆形的纽扣电池引起了记者的注意。这就是谢教授团队一直研究的“锂-二氧化碳电池”。虽然它个头小，但能力却不小。仔细观察，发现该电池的一侧并非封闭结构，而是由许多孔洞构成。据谢教授介绍，与目前已经大量商业化应用的锂电池相比，“锂-二氧化碳电池”最大的优势就是具有更高的能量密度。实验数据显示，“锂-二氧化碳电池”容量比是目前常用的锂离子电池的7倍多。假设我们现在使用的手机电池可以使用3天，未来同等重量、同等体积的“锂-二氧化碳电池”或许可以使用21天甚至更久。

谢科予教授告诉记者，“锂-二氧化碳电池”的另一优势就是利用二氧化碳气体提供电能，实现了变“废”为宝。同时在整个能量转换过程中，比传统的锂电池更加绿色环保。除此以外，在一些特定的环境中，比如火星表面的二氧化碳浓度高达95％、深地深海等极端环境二氧化碳浓度较高。在火星、深地深海探索工程中，“锂-二氧化碳”电池可以“就地取材”，更好地发挥其优势。

攻克难题

突破核心技术

“锂-二氧化碳电池”具有巨大的发展潜力及应用价值。作为金属气体电池家族之一，其工作原理与传统电池相比都是全新的。如何才能攻克这一巨大的挑战呢？谢科予教授团队从催化反应机理和电极的宏观设计入手解决这一难题。

由于之前没有做过此类研究，一切都是从零开始，从基础的实验体、实验条件方案到测试的设备装置都需要团队自己搭建。“我们摸索了一整年才把工艺搞清楚。”项目组成员王辉说。团队攻克了实验中遇到的诸多问题，设计了一种具有强界面电子相互作用的硫化锌量子点-氮掺杂石墨烯双向催化剂，首次将界面相互作用引入“锂-二氧化碳电池”，并深入揭示其作用机制，“锂-二氧化碳电池”的电化学性能得到了大幅度提升。

在材料方面，针对电池倍率性能差的问题，谢科予教授团队和新加坡国立大学相关专家学者合作，共同设计了一种具有结构稳定的共价有机框架，首次将其作为气体电池扩散层引入“锂-二氧化碳电池”中，有效地提高了电池的充放电循环效率，并极大地缓解了电池充放电过程中传质速度慢等问题。采用该材料作为正极气体扩散层后，“锂-二氧化碳电池”表现出的优异电化学性能，在国内外同类研究中处于前列。据了解，该研究成果发表在材料科学领域著名学术杂志《先进能源材料》上。

未来可期

锂-二氧化碳电池前景广阔

根据实验数据，目前谢科予教授团队所研究的“锂-二氧化碳电池”已经具备了在某些特定环境中应用的能力。“后续我们可能要围绕锂金属负极方面做一些保护，更好地提高电池的循环效率。”团队成员周丽娇称。除此以外，团队未来还将试图用固体聚合物替代现有的电解液，为“锂-二氧化碳电池”提供更多应用场景。

从铅酸电池到锂离子电池，科学技术的飞跃式发展为许多行业带来深刻变革。专家预测，“锂-二氧化碳电池”的关键材料与作用机制都与传统不同，其颠覆性技术必将为未来带来无限可能。使用着超长待机时间的手机、驾驶着对环境更友好的超长续航新能源汽车出门远行，或许在未来的某一天就会成为现实；二氧化碳将不再被称为废气，“锂-二氧化碳电池”真的可以走进人们的生活。

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