充电比加油还快未来生活要变样

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1、充电比加油还快未来生活要变样□本报记者／王亮■核心提示你曾为数码相机锂电池没电，错过眼前的美景感到惋惜过吗？你曾在进行重要通话时却因手机电量耗尽自动关机感到愤怒过吗？你曾在买到心仪已久的手机后，却要因其电池首次充电需要再等待十几个小时才能使用而感到焦躁吗？一种神奇的物质——石墨烯，会为你去除这些烦恼。美国俄亥俄州的研究人员利用锂离子可在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性，开发出一种新型储能设备，可以将充电时间从过去的数小时之久缩短到不到1分钟。石墨烯的原子结构。未来电动汽车充电时间大大缩短。专家档案DANGAN］隋升上海交通大学燃料电

2、池研究所副所长、副教授；国家863计划“新型高效再生燃料电池实验系统开发”、上海交通大学“致远一号飞艇”能源系统、国家自然科学基金项目“可逆再生燃料电池氧电极的双效电催化剂研究”等项目负责人。研究方向：燃料电池中的材料和电催化学，再生燃料电池部件（电极，电池和电堆），以及再生燃料电池储能系统等。纳米石墨烯实现充电大提速辽宁日报：近日，美国研究人员发明一种新型充电电池，可以使充电时间从过去的数小时缩短到不到1分钟。我们的生活因此更加便捷，未来人们或许再不需要为给电池充电这样的琐事操心了。原来为电池充电还可以在如此短的时间内进行。隋教授，我们不禁

3、好奇，决定电池充电速度快慢的原因是什么呢？隋升：充电电池也称为二次电池或者蓄电池，指那些在放电后可通过充电的方式使活性物质激活而继续使用的电池。二次电池有许多种，常见的如锂离子电池、镍氢电池、镍镉电池、铅酸电池等。我们以锂离子电池为例，它是分别用两块能够可逆地嵌入与脱嵌锂离子的化合物构成正、负极的一种二次电池。锂电池靠锂离子在正、负极之间的转移来完成电池充放电工作。当电池充电时，锂离子从正极中脱嵌（脱出）出来，经过正、负电极之间的多孔隔膜（包含电解质溶液），到达并与电子结合，以锂原子形式嵌入负极材料中。目前通常的锂离子电池电极拥有很多微孔，微

4、孔越多，其中嵌入的锂原子（或者离子）越多、电池容量越高。然而从正极锂离子脱出到在负极完成锂离子嵌入（充满）到碳层的微孔中需要的时间也就越长。这也是目前大部分电池充电速度比较慢的原因。辽宁日报：制作锂电池正负极的材料都需要具备哪些特征呢？隋升：锂电池负极材料通常是碳材料，具有类似石墨的结构。石墨具有规则的层状结构，片层结构的碳原子呈六角形排列，充电时锂离子嵌入到层间空间，放电时锂离子则脱离此层间空间。在此空间的锂因被离子化而带正电荷。正极材料与负极材料很相似，一般具有层状或者隧道结构，以利于锂离子脱出和嵌入。因此，锂电池正负极材料需要具备的最主

5、要特征是，具有较高的表面积和锂原子快速脱嵌性能。辽宁日报：美国科研人员发明的这种新型电池，充电速度提高的关键点在哪里？隋升：新的电池技术关键点在于研究人员利用锂离子可在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性，减少锂离子脱出和插入电池正负极材料所需的时间。在制造电池时，研究人员将锂金属置于阳极。首次放电时，锂金属发生离子化，通过电解液向负极迁移，到达负极石墨烯表面微孔。在通常的锂离子电池充电过程中，锂离子必须经历从正极的脱出和插入到多孔碳负极材料的内部这样两个耗时步骤。而新型电池充电过程中，锂离子能够在两个纳米结构石墨烯电极表面之间快速穿梭

6、，完全不需要耗时的插层过程，因而可以实现电池的快速充电。新型电池废弃后易处理、污染少辽宁日报：经过刚才您的讲解，我们了解到应用石墨烯是这项发明最重要的部分，您能为我们介绍这是一种什么样的神奇材料吗？隋升：好的。除刚才说的石墨烯具有允许锂离子快速穿梭这个最重要的特征外，它还是目前已知导电性最高的材料，其中电子的运动速度达到了光速的1/300，比铜高5倍；它具有很强的散热能力；密度低，比铜低4倍，重量更轻；石墨烯表面面积是碳纳米管2倍时，强度超过钢……正因如此，石墨烯成为新储能电池材料的首选。辽宁日报：近年来，环境保护成为大家关心的热点问题，环保

7、意识逐渐深入人心。现在一提到废旧电池，许多人都能列举出它对环境的危害。这种以石墨烯作为原料的新型快速充电电池虽然有许多优点，但同时它会不会也增加了对环境的污染呢？隋升：废旧电池造成环境污染的罪魁祸首主要是其中所含的重金属（如汞、镉等）。而这种新型电池使用是石墨烯和金属锂，没有其他元素。普通锂电池与我们日常生活中使用最多的是锌锰电池或锌汞电池相比已具有明显的环保优势。而石墨烯这种物质不仅不会污染环境，相反它所具有的一些属性反而还会起到环保的作用。石墨烯具有独特的物理化学性质，它与有机污染物之间可以产生非常强的络合反应，对有机污染物有很强的吸附能

8、力。目前，已经有科学工作者成功制备出经过磺酸化处理的分散性均匀的功能化石墨烯材料，利用其有效地去除持久性有机污染物。因此石墨烯在未来的环境污染治理中会具有重要的应用