废弃石墨负极如何重获新生？柔性叠片式快充电极复苏啦

存在废旧的石墨，其竟然能够转变成为有着高性能表现的电池材料吗，有一项创新的技术，它使得废弃的负极重新获得了生机，并且还制造出了能够进行弯曲的柔性电池。

石墨剥离技术突破

传统石墨剥皮办法一般来讲需要用到强酸氧化或者耗费长时间进行超声处理，这些工艺极易破坏石墨烯的晶体结构，西北工业大学马越教授带领的团队研发出了温和的剥皮办法，在质子化溶剂里借助原位产生的氢气气泡当作“天然楔子”，轻轻地分开石墨层之间的距离，这种气泡辅助剥皮方法最大程度地留存了石墨烯片的完整结构，为后续制备高质量电极材料奠定了基础。

研究人员精确控制反应条件，并使氢气气泡在石墨层间均匀生成，且生成后能稳定存在，这些微小气泡产生的压力足以克服石墨层间的范德华力，然而却不会给碳骨架造成损伤，整个过程于常温常压下开展，避免了高温高压工艺存在的高能耗问题，达成了绿色环保的生产理念。

原位XRD监测机制

研究团队搭建了专门的原位XRD监测系统，目的是为了实时观察锂离子在石墨晶格中的行为，这套装置能够在电池充放电过程中持续采集数据，并且能精确记录每个阶段的晶体结构变化，实验数据显示，当电压降至0.01V时，电极材料完全转变为金色的LiC6相，这表明锂离子已完全占据层状宿主晶格。

研究人员通过分析，在不同锂化状态之下，石墨电极的颜色变化，以及结构演变，绘制出完整的相变路径图，这些直观的图像资料，不仅揭示了锂离子的动态占据过程，还为优化电极设计提供了关键参考，这种监测方法为研究其他电极材料的储能机制开辟了新思路。

材料复合新策略

被剥离获取出来的石墨烯薄片有经过PDDA也就是聚二烯丙基二甲基氯化铵来做界面修饰以使此表面带有正电荷，与此同时研究人员制备出了带负电的NTO也就是铌钛氧化物纳米片，这两种带有相反电荷的材料于水溶液里借助静电自组装自然形成交替堆叠的复合结构 。

凭借这种“逐层堆积”策略，纳米尺度上的精确调控得以实现，进而使得石墨烯与NTO达成分子级别的紧密接触。复合之后的材料，不仅保留了石墨烯所具有的优异导电性，还具备NTO的高理论容量特性。更为重要的是，这种设计对充放电过程中的体积膨胀 문제起到了有效的缓解作用。

柔性电极制备工艺

研究人员运用旋涂技术，把正极材料LFP即磷酸铁锂涂覆在陶瓷改性聚乙烯隔膜一侧，又将负极材料pGF0.16-N/NTO涂覆在陶瓷改性聚乙烯隔膜另一侧。这种一体化设计把传统的集流体省去了，极大地减轻了电池重量。正极面的密度被控制在5.3mg/cm²，负极面的密度是3.2mg/cm²，保证了电极的均衡配比。

所制备的薄膜电极，其厚度仅仅是几十微米，具备良好的柔韧性以及机械强度。经由实验展示，就算是处于反复弯曲、折叠的状态之下，电极结构依旧能够维持完整，不会出现活性物质脱落的情况，也不会出现界面分层的现象。这样的一种设计，为可穿戴设备赐予了理想的电源解决方案。

电化学性能表现

于循环性能测试里，pGF0.16 - N/NTO复合电极呈现出超凡的稳定性，历经500次充放电循环后，容量保持率依旧超出90%，即便处于较大电流密度状况下，电极也能够维系稳定的输出性能，这般出色的循环寿命归因于复合材料的协同效应以及稳定的界面结构。

当成全电池进行测试时，全电池为pGF0.16 - N/NTO||LFP，该体系在功率输出方面表现突出，与文献记载的其他电池系统相比，此新型电池为碳基电池进行测试时，在同等质量下能提供更高的功率密度，特别是脉冲放电模式下，电池能瞬间输出大电流且不发生明显电压降。

应用前景展望

此项技术为废旧石墨回收利用开拓了全新路径，据统计，对于全球每年所产生的废旧锂离子电池而言，其中大约含有15%至20%的石墨负极材料，借助这样一种升级再造工艺，此工艺不但能够降低电池生产成本，而且还能够减少固体废弃物对环境所造成的污染，最终真正达成了“变废为宝”的循环经济理念。

伴随着柔性电子设备迅速发展的大背景，这种薄膜电池呈现出宽广的应用前景，从可穿戴的医疗设备走向柔性显示屏，从电子皮肤迈向智能包装，均需要这种既轻薄又能够弯曲的储能元件，研究人员预估，未来的三年之内该技术有希望达成产业化，给柔性电子行业注入 fresh power！

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