“里程焦虑症”解决在望？天津大学科学家率先实现储能技术大突破

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3月29日，记者从天津大学获悉，该校封伟教授团队成功研制出超高能量氟化碳材料，有望使我国率先突破超高能量存储这一“卡脖子”关键技术。

锂电池作为主要的化学储能电源，因具有自放电率极低，放电电压平缓等独特的优点得到广泛的应用。在所有的锂电池正极材料中，氟化碳具有最高的质量比容量，因此以氟化碳为正极材料的锂-氟化碳（Li-CFx）电池具有比能量大、使用温度范围宽和工作电压平稳等独特的优点，但是传统氟化碳中C-F键以共价键形式存在，导致其导电率极低，离子传输能力差，无法应用于高倍率储能电池的开发。

氟化碳是目前世界上理论能量密度最高的原电池固态正极材料，在电子器件、生物医学和装备电源等领域有广阔应用前景。长期以来，西方发达国家一直将高能量氟化碳制备视为核心技术，严禁技术输出和公开交流。我国相关领域发展远滞后于美、日等发达国家，产品性能远低于国外同类产品，目前国内广泛使用的氟化碳材料主要依赖国外进口，价格高达600——800万元/吨，严重制约了我国相关领域科学研究和产业发展。

当前，国际主流的氟化碳材料难以实现“能量密度高”和“功率密度高”的兼顾，这也成为了制约人类进入超高能量存储时代的技术瓶颈。天津大学封伟教授团队从2008年开始率先提出通过开发具有独特结构的新型氟化碳材料，达到氟化碳材料能量密度和功率密度“双高”的目标。团队历经十年攻关，通过颠覆共价型氟碳结构，在国际上率先研制出新型氟化碳材料。

天津大学封伟教授团队从2008年开始率先提出通过开发具有独特结构的新型氟化碳材料，达到氟化碳材料能量密度和功率密度“双高”的目标。团队历经十年攻关，通过颠覆共价型氟碳结构，在国际上率先研制出新型氟化碳材料。

研究结果显示：他们研发的新材料能量密度达到2738 Wh/kg，比国外同类产品高30%，达到世界领先水平，同时在超大放电电流条件下稳定工作，真正实现了能量密度与功率密度“双高”。这种新型氟化碳材料制备技术标志着我国成功突破了超高能量存储这一“卡脖子”关键技术，一举突破发达国家对我国长达数十年的技术封锁。

天津大学材料学院封伟教授所带领的团队，通过水热剥离法制备了含有C-F半离子键的单层氟化石墨烯，并以其作为正极材料制作了高比能量锂原电池。结果显示，相比于商业化的氟化石墨，以氟化石墨烯为正极的锂电池比能量提高了近30%，达到1960 Wh kg-1；同时还能够在3C的倍率下稳定放电，其比功率特性提高一个数量级，显著改善了其电化学特性。相关研究成果作为封底文章发表于《Nanoscale》期刊（2014,6, 2634-2641）。

“目前我们团队已经实现了新型氟化碳材料的稳定生产，并深入挖掘了氟化机理、结构调控、电化学动力学等科学问题，” 封伟教授表示。“我相信，我们的‘中国创造’有望在不远的将来站在全球高能量存储行业的制高点。”

该研究小组从2009年开始就在国家973和国家自然科学基金的支持下开始研究氟化碳纳米材料，实验室已经成功研制出用于锂电池的氟化碳纳米管、氟化碳纳米纤维、氟化碳微球等材料。相关成果发表在《Journal of Power Sources》及《Electrochimica Acta》等期刊上。此次研发出的氟化石墨烯显著提高了锂电池的比能量和比功率，为新型电源电极材料的发展奠定了技术基础。