據(jù)中科院電工研究所超導(dǎo)與能源新材料研究部消息，隨著新能源汽車與大規(guī)模儲能系統(tǒng)對超快充、高容量電池的需求日益迫切，傳統(tǒng)石墨負極材料的電池性能已逼近理論極限。黑磷（BP）作為負極材料具有極高的儲鋰容量，卻因?qū)щ娦圆睢⒎磻?yīng)動力學(xué)遲緩、充放電過程體積膨脹劇烈等固有缺陷，導(dǎo)致電池快充性能快速衰減。
近日，電工研究所馬衍偉團隊成功突破這一技術(shù)瓶頸，創(chuàng)新性提出晶格磷?氮（P?N）鍵工程化策略，實現(xiàn)了黑磷負極材料在超高倍率下的穩(wěn)定充放電，對推動BP基快充電池的實際應(yīng)用具有重要意義。
研究團隊從原子尺度出發(fā)，在黑磷負極晶格中精準構(gòu)筑P-N鍵，利用其對相鄰磷-磷（P-P）鍵共價性的削弱作用，在鋰化過程中誘導(dǎo)局部鍵斷裂，活化P-P鍵，從而加速電荷傳輸，顯著提升了轉(zhuǎn)化反應(yīng)的動力學(xué)性能。基于上述突破，團隊成功制備出以黑磷為負極、磷酸鐵鋰為正極的軟包電池，其能量密度達282瓦時/千克。該電池在高倍率充電條件下，僅需10分鐘即可充入理論容量的80％，且歷經(jīng)數(shù)千次充放電循環(huán)后仍可穩(wěn)定運行，展現(xiàn)出優(yōu)異的快充循環(huán)耐久性。
該成果為下一代高能量密度、高功率儲能器件開辟了全新技術(shù)路徑，為我國快充動力電池、電網(wǎng)儲能及特種高倍率儲能裝備迭代升級提供了關(guān)鍵支撐，對推動新能源汽車與儲能技術(shù)跨越式發(fā)展、提升我國在先進儲能領(lǐng)域的國際競爭力具有重要戰(zhàn)略意義。
研究工作聯(lián)合澳大利亞皇家墨爾本理工大學(xué)共同完成，相關(guān)成果發(fā)表于《自然?通訊》。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金、澳大利亞研究理事會（ARC）的支持。
P-N-P 結(jié)構(gòu)快速反應(yīng)動力學(xué)特性
黑磷電極在不同放電狀態(tài)下鋰離子濃度分布優(yōu)越性
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