科学家团队开发出30年超长生命周期的先进铌石墨烯电池

随着在医疗设备、电动汽车、航空航天设备等领域的应用，这些电池正在新加坡国立大学与巴西矿冶公司新成立的的高科技实验室中进行测试。

电池在为许多现代设备供电方面发挥着至关重要的作用，例如手机、心脏起搏器和电动汽车。然而，传统的锂离子电池存在安全风险、生命周期短和充电时间长等局限性。新加坡国立大学先进二维材料中心开发的铌-石墨烯电池将解决所有这些问题，该中心是石墨烯和其他二维材料研究的创新者，也是铌产品和技术的全球领导者。

这些电池正在新的CBMM-CA2DM高级电池实验室进行测试，该实验室由新加坡国立大学和巴西矿冶公司于5月22日启动，由新加坡国家研究基金会支持，在三年内共同投资380万美元建立。

新加坡国立大学先进二维材料中心主任Antonio H.Castro Neto教授表示，CBMM-CA2DM先进电池实验室是新加坡最高科技、设备最齐全的设施，旨在探究电池技术的新前沿。该实验室为研究人员提供先进的设备，以制造新的固体电解质，制造各种电池形式，并最终对他们的创新进行测试。我们在铌石墨烯电池的开发方面取得了重大进展。

重新思索电池容量

与传统锂离子电池相比，先进的铌石墨烯电池已被证明具有更高的性能和安全性。此外，锂离子电池中的挥发性和易燃液体电解质将被含铌固体电解质所取代，从而进一步提高新型电池的安全性和能量密度。

铌-石墨烯电池的优势包括：

寿命长：性能连续时间比传统锂离子电池长10倍（估计30年左右），更加耐用可靠。

安全：在安全电压窗口下运行，安全放电，不会过热，以防意外损坏。

快速充电：不到10分钟即可充满电，增加了便利性。

性能提高：铌可增强导电性并稳定主体结构，从而提高电池倍率性能和长循环稳定性。

可连续性：铌是一种相对丰富且环保的材料，使电池成为传统锂离子电池更具可连续性的替代品。

铌用作电池负极中的主要活性材料，同时也用作正极中的添加剂。另一方面，石墨烯被用于负极和正极，以提高电子导电性和结构稳定性。在负极中，铌材料独特的晶体结构有助于快速充电，而不会损坏结构。在正极中，铌材料可以增加离子导电性，并保护活性材料不被降解。此外，石墨烯的低密度特性显著提高了两个电极的电子导电性，而不会影响电池的整体能量密度。

铌石墨烯电池的最终原型估计将于2024年第一季度完成。

巴西矿冶公司电池全球负责人Rogerio Ribas表示：“与现有的锂离子电池相比，新型石墨烯铌电池的使用寿命更长，大大降低了总拥有成本，并具有超快充电能力。此外，它们提供了更高的安全性，因为即使在高温下也不会发生爆炸。作为第一批将铌应用于阴极和阳极的电池，它们还具有更高的输入和输出功率、更宽的温度工作范畴和更高的充电状态等优势，因此可以为特定市场开发，如商业和工业应用，包括混合动力车（轨道、卡车和客车）的再生制动系统、重型应用、内部物流、无绳电动工具等。

新实验室配备了最先进的设施，用于研究和制造先进的铌基电池和固体电解质。由于其高性能，铌石墨烯电池具有广泛的潜在应用，包括起搏器和除颤器等医疗设备，以及卫星和航天器等航空航天设备，所有这些都需要长循环寿命和高安全标准。其他潜在的应用包括电动汽车和消费电子产品。

“随着对可连续和高性能能源解决方案的需求不断增加，CBMM-CA2DM先进电池实验室标志着企业和研究之间建立了强有力的合作伙伴关系，具有令人兴奋的现实应用。在新加坡国立大学，我们不断寻求突破创新的界限，我们等待着该实验室对科学技术和行业做出新的贡献。”新加坡国立大学副校长（创新与企业）、CA2DM董事会主席陈楚汉教授表示。

为电池技术的进一步突破做好准备

CBMM-CA2DM先进电池实验室是新加坡第一家端到端配备的先进电池实验室，用于定制电池的创建和测试。该实验室的主要功能包括一个电解质处理单元和一个湿度低至1%的干燥室，可以处理对湿度敏感的电池材料。干燥室还与一系列手套箱无缝连接，为待组装的电池制造惰性气氛。这确保了整个过程中零污染。

实验室设计还同意每月测试数千个原型。该实验室拥有先进的电池测试仪，可以进行充电和放电循环、研究工作和退化机制，并猜测所生产电池的耐久性。此外，该实验室拥有的设备可以让研究人员制造各种形式的电池，例如不同尺寸的纽扣电池和软包电池。

展望未来，该实验室的目标是测试和制造更先进、更新颖的各种材料电池，并与当地研究机构、学院和行业互动，开发电池前沿技术。一项高科技目标是开发固态电池技术，这种技术内部不需要任何易燃液体，使其完全安全。还将在实验室内创建一个工业空间，以同意外部公司开发和测试电池原型以满足其商业需求。

这篇文章公布在新加坡国立大学官方网站。