日本高级科学技术研究所
图1
用于超快速电池充电的生物基阳极材料
聚(苯并咪唑)，这种被提议的非物质的前体，可以从生物过程中衍生出来，并且很容易被加工成快速充电的锂离子电池
它们在电动汽车中的应用将使它们比传统汽车更吸引消费者，从而带来更清洁的环境和减少二氧化碳排放
信用:来自JAIST的Noriyoshi Matsumi 这种由生物基聚合物制成的稳定阳极材料可以为电动汽车开启极快的电池充电
随着对气候变化的担忧，越来越多的研究人员目前正专注于改进电动汽车，使其成为传统燃气汽车更具吸引力的替代品
因此，电动汽车的电池改进是一个关键问题
除了安全性、自主性和耐用性之外，大多数人都希望充电快速
目前，最先进的电动汽车充电需要40分钟，而燃气汽车充电不超过5分钟
充电时间需要低于15分钟才是可行的选择
与便携式电子设备一起随处使用的锂离子电池是电动汽车领域的一种选择，人们一直在寻求新的策略来提高其性能
缩短锂离子电池充电时间的一种方法是提高锂离子的扩散速率，而这又可以通过增加电池阳极所用碳基材料的层间距离来实现
虽然通过引入氮杂质(技术上称为氮掺杂)已经取得了一些成功，但是没有容易获得的方法来控制层间距离或集中掺杂元素
在这种背景下，来自日本高级科学技术研究所(JAIST)的一组科学家最近开发了一种阳极制造方法，这种方法可能会导致LIBs的极速充电
该团队由教授领导
松尾诺吉教授
Tatsuo Kaneko，高级讲师Rajashekar Badam，JAIST技术专家Koichi Higashimine，JAIST研究员彭和JAIST学生Kottisa Sumala Patnaik
他们的发现发表在2021年11月24日的《化学通讯》上
他们的策略构成了一种相对简单、环保且高效的方法来生产氮含量非常高的碳基阳极
阳极的前体材料是聚(苯并咪唑)，这是一种生物基聚合物，可以由生物来源的原料合成
通过在800℃下煅烧这种热稳定材料，研究小组成功制备了氮含量创纪录地达到17%的碳阳极
他们验证了这种材料的成功合成，并使用多种技术研究了其组成和结构特性，包括扫描电子隧道显微镜、拉曼光谱和X射线光电子能谱
图2
一种很有前途的锂离子电池正极材料
使所提出的材料成为快速充电的理想材料的一些关键特征是其高氮含量和增强的层间间距，它们共同允许跨层和层间更快的锂离子动力学
最重要的是，所提出的阳极材料非常稳定，即使在数千次循环后也能保持其大部分原始容量
信用:来自JAIST的Noriyoshi Matsumi 为了测试他们阳极的性能，并与更常见的石墨进行比较，研究人员建造了半电池和全电池，并进行了充放电实验
结果非常有希望，因为所提出的阳极材料由于其增强的锂离子动力学而被证明适合快速充电
此外，耐久性测试表明，即使在3000次高速充放电循环后，采用所提出的阳极材料的电池仍能保持约90%的初始容量，这大大超过了石墨基电池所保持的容量
松井教授对这一结果感到兴奋，他说:“我们制备的阳极材料的极快充电速度可能使其适合用于电动汽车
更短的充电时间将有望吸引消费者选择电动汽车，而不是汽油汽车，最终在全球每个主要城市实现更清洁的环境
" 所提出的阳极材料的另一个显著优点是在其合成中使用了生物基聚合物
作为一种低碳技术，这种材料自然会产生协同效应，进一步减少二氧化碳的排放
此外，正如Matsumi教授所说，“我们方法的使用将推进具有快速充放电能力的阳极材料的结构-性能关系的研究
" 对聚合物前体结构的修改可以带来更好的性能，这可能不仅适用于电动汽车电池，也适用于便携式电子产品电池
最后，高度耐用电池的发展将减少全球稀有金属的消耗，稀有金属是不可再生资源
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