陈根：铅基阳极锂电池，储能能力再翻倍

文/陈根

近年来，随着对可再生能源利用的巨大需求，和对环境污染问题的日益关注，以锂电池为代表的二次电池（可充电电池或蓄电池）——这种能够将其他形式能量转换成的电能，并预先以化学能的形式存储下来的储能技术，持续革新着能源系统。

现阶段，锂离子电池已经成为电动汽车最重要的动力源，其发展经历了三代技术的发展，其中，钴酸锂正极为第一代，锰酸锂和磷酸铁锂为第二代，三元技术则为第三代。

随着正负极材料向着更高克容量的方向发展和安全性技术的日渐成熟、完善，更高能量密度的电芯技术正在从实验室走向产业化，应用到更多场景里。

而在扩大当今锂离子电池的能力方面，从盐、硅到微波塑料，各种替代材料都不断地被研究人员开发着。其中，由于铅的丰富性、低成本和电池系统的熟悉性，因而成为一种具有吸引力的选择。

作为锂电池的两个电极之一，阳极在充电过程中装有锂离子，并在放电时释放它们。石墨是当今锂电池阳极的首选材料，并且很好地服务于锂电池阳极，在数千个充电周期中保持稳定。但锂电池仍存在许多可以改进的地方，比如，存储容量，在这方面，铅的潜力被学界普遍看好。

近日，美国能源部（DOE）阿贡国家实验室的科学家报告了一种新的锂离子电池电极设计，它使用了低成本的材料铅和碳。这一关键发现的贡献者还包括来自西北大学、布鲁克海文国家实验室和蔚山国家科学技术研究所（UNIST）的科学家。

研究团队从大型氧化铅颗粒开始，这些颗粒与碳粉结合并摇晃了几个小时。这将它们转化为嵌入碳基质中的较小的微观颗粒，全部封装在薄的氧化铅壳中。

这种新型阳极材料在实验室的电池中进行了测试，其能量存储能力是常规石墨阳极的两倍，超过100个充电周期，并在整个过程中证明是完全稳定的。研究小组还发现，在标准电解液中加入少量的碳酸氟乙烯酯可以显著提高性能。

研究团队从大型氧化铅颗粒开始，这些颗粒与碳粉结合并摇晃了几个小时。这将它们转化为嵌入碳基质中的较小的微观颗粒，全部封装在薄的氧化铅壳中。

这种新型阳极材料在实验室的电池中进行了测试，其能量存储能力是常规石墨阳极的两倍，超过100个充电周期，并在整个过程中证明是完全稳定的。研究小组还发现，在标准电解液中加入少量的碳酸氟乙烯酯可以显著提高性能。

研究人员认为，他们的发现挑战了目前对这种电极材料的理解，并且为设计低成本、高性能的交通和固定能源存储阳极材料提供了令人兴奋的意义。

这项研究已发表在《高级功能材料》杂志上。