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新型镍铁电池电极材料:提高千倍充放电速度

  近日,美国斯坦福大学华人师生发明新型镍铁电池电极材料,能在两分钟内完成充电,30秒内完成放电,提高充放电速度近1000倍,为科学家爱迪生在111年前发明的镍铁电池赋予全新生命。

  这项发明由斯坦福大学化学系教授戴宏杰和他的博士生王海梁等研究人员完成。由王海梁担任第一作者的论文发表在今天《自然通讯》杂志上。

  这种新技术将为人类生活带来很多便利。王海梁告诉中新社记者,可作为电动汽车锂电池的补充,提高启动效率,在加速时快速提供能量,或在刹车时快速存储能量。此外,可作为飞机、坦克、导弹和火箭等军用产品的启动电源。它在手机和电脑等小型电器上也将有很大的使用前景,几分钟内解决原本需要数小时的充电过程。

  美国著名发明家爱迪生早在1901年就发明了价格低廉安全性能好的镍铁电池,能持续充电并保持长时间寿命,被大量使用在铁路、矿业和电动汽车上。它也有充放电速度慢,单位体积储存电能少和充电效率低的缺点。上个世纪70年代中期以后逐渐被业界冷落。

  戴宏杰和他的研究团队正好解决了镍铁电池充放电速度慢的缺陷。他们在碳纳米管或石墨烯等新型碳纳米材料上生长活性电极材料的纳米晶体,这种复合电极材料具有传统电极材料无法比拟的优异电化学性能。

  王海梁说,新型电极材料和传统电极材料具有同样的化学成分,工作原理也一样,但它们的结构不一样。纳米晶体在石墨烯或碳纳米管上的控制生长以及它们之间的化学相互作用,可有效促进电荷转移和电子传输,从而极大提升材料的电化学性能,使充放电速率提升近千倍。

  研究小组成员还包括戴宏杰的博士后梁永晔、李彦光,研究生龚鸣等,以及加拿大光源公司的研究人员以及清华大学的魏飞教授。

  来自北京大学化学系的王海梁刚从斯坦福大学完成博士学位,将在加州大学伯克利分校进行博士后研究。他最近还获得中国政府颁发的2011年度国家优秀自费留学生特别优秀奖学金。

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