当前，锂离子电池已成为便携式电子装备、电动汽车、可再生能源系统等范畴的首要能源转换和存储装备。商用锂离子电池的能量密度固然有所晋升，但其制造本钱较高，且不环球app手机版容易收受接管，难以知足便携式电子装备、可再生洁净能源、电网调峰等范畴对高能量密度、低本钱、环保储能器件的机能要求。

近日，中国科学院深圳进步前辈手艺研究院（以下简称深圳进步前辈院）集成所功能薄膜材料研究中间研究员唐永炳团队结合中国香港理工年夜学传授郑子剑团队，成功研制出新型硅—石墨双离子电池。

“该电池在上万次弯折进程中的单次压降仅为0.0015%，在10 C倍率下轮回2000次后的容量连结率高达97%，在柔性储能范畴揭示出杰出的利用前景。” 唐永炳向《中国科学报》介绍说。相干论文日前已颁发在《进步前辈材料》（Advanced Materials）。

从铝—石墨双离子电池说起

2007年，唐永炳在中国科学院金属研究所获博士学位，随后在导师成会明研究员（2013年被选为中国科学院院士）的保环球app官网举下，前去中国香港城市年夜学从事拜候研究，并在2013年9月插手深圳进步前辈院。

“成教员认为只有研发出新型高效低本钱储能器件和其要害材料，才能真正增进钠、钾等非锂系统电池的成长。”唐永炳告知记者，在成会明的指点下，他最先率领团队从事新型储能器件和材料的研究开辟。2016年3月，唐永炳团队在《进步前辈能源材料》上颁发了第一篇关在铝—石墨双离子电池的研究功效。

此前报导的双离子电池，因为正、负极都采取石墨材料，石墨的振实密度较低，而且作为正负极的比容量都不高，致使双碳电池的能量密度较低。双离子电池的研究成长迟缓。

对此，唐永炳团队提出了活性材料/集流体一体化的设计思绪。他介绍，比拟现有传统石墨负极，铝等合金化型金属负极具有更高的理论比容量，在提高能量密度方面具有优势。“另外，铝具有优良的导电性和延展性，而且便宜且储量丰硕，是以我们采取一体化设计的铝箔同时作为活性物资和导电集流体，构建了新型铝—石墨双离子电池。”

在后续的研究工作中，为了提高铝负极在新型电池中的不变性，唐永炳团队还进行了铝负极的布局改性和界面调控，研发出三维多孔铝/碳负极、中空界面布局的铝负极、碳包覆纳米铝负极、活性材料/集流体/隔阂一体化电极、超快充放一体化柔性电池等。

“我们将这类一体化的设计新思绪进一步拓展到不依靠在有限锂资本的钠、钾、钙基双离子电池系统，为成长新型高效低本钱储能器件开辟了新思绪。”唐永炳说。

结合攻关晋升能量密度

今朝，双离子电池的首要手艺难点在在其工作电压较高（年夜在4.2伏），常规碳酸酯类电解液易氧化分化，造成电池充电效力下降。

“此刻亟待设计研发高电压电解液系统，解决产气现象，并晋升双离子电池的充电效力。”唐永炳说，“提高其能量密度的路子首要有两条，一是开辟针对双离子系统的高容量正负极材料；二是研发高浓度电解液系统，减小电解液用量，从而提高能量密度。”

就负极而言，硅具有高理论比容量，且储量丰硕，是提高双离子电池能量密度的抱负负极材料。问题也随之发生，唐永炳团队发现，硅负极严重的体积膨胀问题制约了其在双离子电池中的利用。

虽然研究人员提出了纳米化、多孔布局、复合布局等多种改性方案，但大都采取金属材料作为集流体，硅负极与集流体之间的刚性界面接触造成界面应力集中，从而致使界面开裂乃至活性材料剥落，使得轮回机能难以知足现实利用要求。

对此，唐永炳团队提出柔性界面设计谋略，拟将硅负极修建在柔性聚合物织物概况，从而对界面应力进行有用调控。他介绍道：“要实现硅负极在柔性聚合物概况的杰出界面修建，需要在两者之间设计具有杰出环球体育app官网导电性的界面缓冲层。”

郑子剑团队在柔性导电织物范畴具有杰出的工作根本，是以两边展开结合攻关。郑子剑团队首要负责柔性导电织物的制备研究，从而为硅负极供给柔性导电基底材料；唐永炳团队则以柔性导电织物为基底，展开柔性硅负极制备、电池组装、原位应力和电化学机能测试等研究工作。

另外，今朝唐永炳团队在高浓度电解液的研发方面也获得了阶段性冲破，已研发出高浓度高电压电解液系统，有望进一步晋升双离子电池的能量密度和不变性。

期望早日投入示范利用

最近几年来，唐永炳团队在能源材料化学范畴，特别是新型电池、柔性电池、新型正极材料等标的目的展开了一系列研究工作。除前文列出的相干研究功效，该团队还采取多离子杂化策略，经由过程引入少许具有高动力学机能的离子，晋升了钠、钾、钙离子等电池系统的倍任性能，为改良钠、钾、钙等新型电池系统的动力学机能供给了新的解决思绪。

另外，为成长高效低本钱且环保的新型正极材料，唐永炳团队还率先展开了草酸盐系统、夹杂聚阴离子系统等新型正极材料的开辟和其电化学反映机理的研究工作。

从今朝的成长来看，双离子电池将来的利用范畴首要在储能范畴。唐永炳很是看好双离子电池的将来，好比，家用储能、UPS、通讯基站、散布式储能系统等范畴。但他谨严暗示：“双离子电池将来的具体利用还要取决在手艺成熟度可否知足相干范畴的手艺要求。”

当前，唐永炳团队已结合深圳当地年夜型企业慢慢展开双离子电池的财产化手艺攻关研究，并获得了预期进展，已进入中实验证阶段。跟着双离子电池手艺的不竭成熟，他但愿经由过程尽力，将来三到五年，产物从小型储能系统利用示范逐步扩大到其他储能系统的利用推行。