麻省理工开发出新型锂电 能量输出密度提高10倍

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麻省理工开发出新型锂电 能量输出密度提高10倍



2010-6-24  日经BP社


美国麻省理工学院（MIT）开发出了正极材料采用包括碳纳米管在内的混合材料锂离子充电电池。据介绍，该电池同时兼顾锂离子充电电池及电容器二者的性能。具体而言，输出密度是普通锂离子充电电池的10倍，能量密度是普通电容器的5倍。论文已刊登在2010年6月20的《Nature Nanotechnology》上。

开发该电池的是MIT化学工程系教授Paula T.Hammond与该校机械工程系兼材料科学与工程系教授杨少红领导的研究小组。顺便提一下，论文的第一作者是该校学生Seung Woo Lee及博士后薮内直明2人。

此次开发的电池，正极采用多层碳纳米管（MWNT）和有机材料的混合材料，负极采用钛酸锂（Li4Ti5O12：LTO）。“这应该是首次在正极上采用MWNT”（MIT）。

正极的构造如下。通过将电极反复浸泡在两种不同的溶液中，交替形成与MWNT和羧基相结合的MWNT-COOH层以及溶液以及与MWNT和氨基相结合的MWNT-NH2层。MWNT-COOH层和MWNT-NH2层的层数为100层不到到最大400层（将2种层作为1组时，最大200组）。由于两种层中的一种带正电，一种带负电，所以通过层积可使其牢固地结合在一起。

论文中介绍，这种电池的特点是可实现非常高的功率输出，并且此时的能量密度也较高。“低功率输出时的能量密度虽然与普通锂离子充电电池没什么差别，但高功率输出时，此次的电池显示出了更大的性能特性”（论文）。

此次的电池在输出密度为100kW/kg时，单位重量的能量密度为200Wh/kg。低功率输出时的最大能量密度约为500Wh/kg。不过，这些数值是相对于电极的重量计算的。如果相对于电池整体的重量计算，“将会是这些数值的1/5”（论文）。也即输出密度约为20kW/kg时，能量密度约为40Wh/kg，低功率输出时的最大能量密度约为100Wh/kg。

“普通锂离子充电电池在输出密度为1kW/kg时，相对于电池重量的能量密度为150Wh/kg。普通电容器在电力密度为10kW/kg时，相对于电容器重量的能量密度为5Wh/kg”（论文）。

与这些已有的电池及电容器相比，此次的电池拥有“输出密度是锂离子充电电池的5倍左右、能量密度是电容器的10倍左右的性能”（论文）。

电池的充放电周期特性方面，论文表示即使反复充放电1000次以上，性能也不会发生劣化。（记者：野泽 哲生）