目前電動汽車發展迅速，但鋰離子電池充電速度慢依然是個問題。為了使電池具有快充能力，長期以來研究人員致力于增強電解液傳質(mass transfer)和電極中的電荷傳遞，尤其是前者。

(圖片來源：ACS)

據外媒報道，日本先進科學技術研究所(JAIST)的研究人員展示了一種新方法，利用粘結劑材料來促進鋰離子嵌入活性材料，從而實現快速充電。粘結劑材料可以改善脫溶鋰離子在固體電解質界面(SEI)和負極材料內的擴散，從而實現高電導率、低阻抗和良好的穩定性。

研究人員Noriyoshi Matsumi和Rajashekar Badam教授表示：“目前的策略是使用生物衍生硼酸鋰聚合物作為水性聚電解質粘合劑，從而增強電極內的電荷轉移，比如使石墨負極顯示出快速充電能力。”

Matsumi教授表示：“該粘合劑材料包括高度可解離的硼酸鋰，可以促進鋰離子在負極基質中擴散。此外，這種粘結劑可以形成有機硼SEI。與普通電池相比，這類SEI顯示出的界面電阻非常低。”

硼化合物(如粘結劑中的四配位硼和富硼SEI)的作用是，通過降低在SEI處鋰離子從溶劑鞘中解溶的活化能，幫助鋰離子脫溶。此外，在高擴散和低阻抗的情況下，可以降低界面處與電荷轉移相關的過電位。JAIST的Anusha Pradhan博士表示：“這是實現超快充電的重要因素之一。

一般情況下，當充電速度超過鋰嵌入的速度時，石墨電極上會發生鋰電鍍。這是一個不受歡迎的過程，會導致電池壽命縮短，并影響快速充電能力。這項研究改善了離子在SEI上和電極內的擴散，限制鋰離子的濃差極化，因此石墨上沒有出現電鍍層。

在這項研究中，研究人員不僅提出了新策略，以實現極高倍率充電電池和降低界面電阻，而且使用了一種從咖啡酸中提取的生物聚合物。咖啡酸是一種植物性有機化合物，是可持續的材料來源。在電池中使用生物資源，有助于減少二氧化碳排放。Matsumi教授表示：“在未來的研究中，這種粘結劑還可以與高倍率充電活性材料相結合，從而實現協同效應，進一步提高性能。”

隨著深入研究電池性能，用戶可以期待更環保的能源使用方式，特別是在交通領域。Matsumi教授表示：“借助高倍率充電電池技術，人們可以享受電動汽車和便利的移動設備。因為使用可再生資源，可在較長時間內保持產品可用性，而無需考慮化石資源的可用性和社會狀況。”