浴水而出 ——基于“浸没相转化”的高性能电极制备新工艺

近年来,以新兴能源技术为代表的科技革命和产业革命正在兴起,各种能源技术成果不断涌现,正在并将持续改变世界能源格局。开发高性能电化学储能技术,是践行国家能源发展“四个革命、一个合作”战略思想的一个重要着力点。为了满足不同领域的应用要求,各种储能技术,如液流电池、锂硫电池、锂空气电池、超级电容器、锂离子电池等均得到快速发展。特别是在纳米技术的推动下,文献报道的电极材料的性能不断刷新纪录,但在器件应用中却遇到难题。众所周知:纳米级活性物质的活性位点丰富、离子/电子传输路径短,是其电化学性能优异的重要基础;然而,常规的匀浆涂覆工艺难以实现高质量电极片的制备,在实际应用中面临诸多不便。因此,如何将高性能纳米材料从实验室推向工厂?这是大国工匠们亟待解决的。

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中科院大连化物所的张华民、李先锋、张洪章带领的研究团队,首次提出用“浸没相转化”工艺制备具有“三连续”结构的多孔电极。该电极同时具备交联的粘结剂网络,连续的电子传导路径和互通的离子传输通道,具备优异的剥离强度和电子/离子传质能力。以该方法制备的电极组装的锂硫电池和锂离子电池(考察Li3V2(PO4)3正极)在1C和30C倍率下的放电比容量分别高达869 mAh g-1和100 mAh g-1,相比于常规干燥方法制备的电极分别提高了66%和26%。此外,他们利用该方法成功制备了担量为7 mg cm-2的S电极和11 mg cm-2的Li3V2(PO4)3电极,同样表现出良好的电化学性能。同时,该技术操作简单,成本低廉,节能环保,易于工艺放大,同样适用于锂离子电池,钠离子电池,金属空气电池及超级电容器等其他领域。所以,这个体系还有很大潜力有待挖掘。

研究者相信,此项研究能够为从事材料相关领域的工作人员提供一条全新的思路,帮助他们将材料从实验室走向实际应用。这种浴水而出的“三连续”电极,将在电化学储能器件的发展史上谱写出新的乐章。相关论文在线发表在Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.201604229)上。 

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