據(jù)外媒報道，日本高級科學和技術研究所（JAIST）利用生物基聚合物制造穩(wěn)定的負極材料，可以極大地加快電動汽車充電速度。

（圖片來源：phys.org）

       隨著氣候變化日益嚴重，越來越多的研究人員致力于提升電動汽車的性能，以取代傳統(tǒng)燃油汽車。其中改良電池是一個關鍵問題，除了安全、耐用等，大多數(shù)人都希望加快充電速度。目前，領先的電動汽車充電約需40分鐘，而燃油車輛的加油時間不超過5分鐘。因此，將充電時間降至15分鐘以下，才稱得上是可行性選擇。
       在電動汽車領域，鋰離子電池得到廣泛應用。提高鋰離子的擴散速度，可以縮短鋰離子電池的充電時間。這可以通過增加電池負極中使用的碳基材料的層間距離來實現(xiàn)。雖然通過引入氮雜質(技術上稱為氮摻雜)已取得了一些成功，然而目前還沒有一種能夠輕松控制層間距離或濃縮摻雜元素的方法。
       JAIST的研究團隊開發(fā)了一種負極制造方法，使鋰離子電池能以極快的速度充電。研究人員利用相對簡單、環(huán)保、高效的方法，制造氮含量非常高的碳基負極。負極的前體材料是聚（苯并咪唑），這是一種生物基聚合物，可以利用生物源原料合成。該團隊在800°C的溫度下煅燒這種熱穩(wěn)定材料，以制備碳負極，其中氮含量達到創(chuàng)紀錄的17%。研究人員已成功驗證合成這種材料，并利用掃描電子隧道顯微鏡、拉曼光譜和X射線光電子能譜等多種技術，分析其構成和結構性能。
       為了測試這種負極的性能，并與更常見的石墨材料進行比較，研究人員制造了半電芯和全電芯，并進行充放電實驗。結果表明，由于鋰離子動力學性能增強，這種負極材料適合快速充電。此外，耐久性測試表明，采用這種負極材料的電池，經過3000次高速率充放電循環(huán)后，仍能保持約90%的初始容量，遠高于石墨基電芯的容量。研究人員表示，這種負極材料的充電速度極快，使其適用于電動汽車。充電時間縮短，將促進消費者選擇電動汽車，而不是燃油汽車，從而使環(huán)境更加清潔。
       這種負極材料的另一優(yōu)勢是，在其合成過程中使用生物基聚合物。作為一種低碳技術，這種材料自然會產生協(xié)同效應，進一步減少CO2排放。此外，研究人員表示，采用這種方法，將推進對具有快速充放電能力的負極材料的結構-性能關系的研究。
       調整聚合物前體的結構，有望提升材料性能。除了電動汽車的電池，這種材料也適用于便攜式電子產品。此外，開發(fā)高耐久性電池，有利于減少使用稀有金屬，這是不可再生的資源。

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