29岁副教授研发快速充电铝电池 手机几十秒可充满

来源：潇湘晨报 范典  通讯员曾欢欢

2015-05-08

湖大副教授鲁兵安正在演示铝电池

苹果及其他手机换代频繁，却从来不会在发布会上提及,有一个组件多年来一直没有变化。

那就是寿命不够长、有安全风险的锂电池。而今，一种新型铝电池材料未来有望让你不再需要花费一小时以上时间给手机充满电，而是只需几十秒。

美国斯坦福大学一个华人为主的研究小组6日在《自然》杂志网络版刊登这种铝电池的研究报告，湖南大学物理学院29岁的副教授鲁兵安是报告“第一作者”之一。

60秒充完5000毫安的电量，这是鲁兵安所在的斯坦福团队研发的这款铝离子电池的充电速度。一般手机的电池容量多为两三千毫安左右，iPhone6电池1810毫安，iPhone6plus电池2915毫安，三星S5电池2800毫安，这意味着如果它们将来换上这款铝电池，只需几十秒就能充满电。

《自然》杂志网络版刊登的这篇研究报告有4名第一作者，鲁兵安是其中的一员，自2014年5月加入斯坦福大学化学系戴宏杰的课题组之后，他为“铝离子电池”做出了突破性的贡献。

优势一超快充电手机几十秒充满电

电动汽车、智能手机已普及，然而如何找到更高性能更安全的电池一直是难题。广泛应用于手机的锂电池就存在可能自燃或爆炸、寿命短、电量不耐用等问题。

科学界一直致力于研究一种高容量且安全的可充电铝电池，用以代替现有电池的取代品。然而，由于铝电池正极材料容易被腐蚀和不能有效进行放电等问题，导致可充电铝电池在过去30年中始终处于概念阶段。

鲁兵安和他参与的团队用石墨作为正极材料，并用一种相当于盐溶液的离子液体作为电解液。他们通过实验发现，可以用三维石墨作为电池正极材料，它优良的导电性能和巨大的表面积，能够极大地缩短电池的充电时间。鲁兵安说，给iPhone手机这类使用锂电池的设备充电，大概需要1个小时才能完成的充电量，如果换成铝电池，1分钟5000毫安的充电速度，充满电不到1分钟。

优势二安全性高不会燃烧和爆炸

在一段展示视频中，鲁兵安所在团队将一块电钻钻入正在使用的铝电池，电池没有燃烧，仍能继续工作。鲁兵安介绍，即便把铝电池放到火上烤，也不会出现爆炸的情况。这是因为等离子电解液不会燃烧，铝和石墨也不易燃烧，因此这种铝电池非常安全。

这也意味着，铝电池不仅可以使用在如今通用的手机等小家电上，一些在高速碰撞下屡屡发生燃烧、爆炸事故的电动汽车，未来也可以用这种更加安全可靠的电池替代原有的锂电池。

优势三寿命更长充电7000多次电量不减

你的手机在使用一段时间后，是否会感觉到手机电池越来越不经用了？那可能是手机的锂电池容量变小了。

鲁兵安介绍，他们设计的这种铝电池寿命更长。他们实验证明，铝电池循环7500次后，电池的容量几乎没有衰减。作为对比，普通锂电池在循环300次之后就会出现衰减。7500次是什么概念呢？就算每天充电两次，10年后电池依然经用如初。

优势四廉价环保石墨易获取，电解液无毒

鲁兵安说，除了安全、寿命长、快速充电慢速放电等优点，生产铝电池的材料更容易获取，成本将更低，铝电池电解产生的离子液体还具有无毒环保的优势。

鲁兵安透露，铝电池还具有柔性的特点，意味着这种电池可以折叠，这在未来的可穿戴设备上将大有应用前景。

《自然》杂志认为，这项研究成果首次实现了可充电铝离子液体电池，可应用于现代各种电子设备从而改善人类的生活方式。

改进空间 原型电池电压不足，还不能用于手机

受现有技术所限，目前的原型电池只能产生2伏电压，低于传统电池的3.6伏，还不能用于手机，且其能量密度也低于常规锂电池。需要继续改良阴极材料，提高额定电压和能量密度。不过，鲁兵安所在团队对解决这一问题很有信心。

团队的成果已经在美国获得了多项专利保护，并且有多家国际知名企业致力于买断这项专利，正在谈判中。

鲁兵安介绍，现在的铝电池还只是原型产品，如果要商用，还需要更多的人加入进来。例如，利用铝电池的柔性特点，设计各种各样的可穿戴设备。

成功背后 失败一百多次，凌晨一次冒险终于成功

电影《超能陆战队》里，主人公的哥哥为了研发那个萌萌的医疗机器人“大白”，实验了84次才成功。同样的，鲁兵安和他所在团队研发铝电池也曾失败一百多次，大家都快放弃了，最后鲁兵安一天凌晨在实验室冒险尝试，成功了。

去年5月，在国家留学基金委的支持下，鲁兵安以访问学者的身份前往美国斯坦福大学化学系戴宏杰课题组，进行为期一年的交流访问。戴宏杰课题组2013年6月就已经启动了可充放电铝电池的科研项目。鲁兵安加入后，也给课题组带来了新的实验材料—一种由他在湖南大学期间制备的超快充放电材料。

“当时我们做了上百个电池，并且都是手工做的，但是都没有成功，大家都快放弃了。”鲁兵安说，当时课题组已经做出了一块可以充放电的铝电池，但使用寿命很短。

来到斯坦福之后，他每天基本上都在0点之后才回到住处。去年6月初，“我记得那天是晚上12点，我反常理地实验了下大电流充放电，居然成功了。”鲁兵安说。

一般电池，比如手机电池，大电流充电会损坏电池，对于实验室来说，则有损坏仪器的可能，鲁兵安抱着破罐子破摔的心理，却最终成功了。他说，这个成果最终能够出来，其中也有幸运的成分。

鲁兵安以第一作者之一的身份在《自然》发表这篇论文，也标志着湖南大学实现了在这本世界顶级刊物上发文零的突破。记者范典

[感言]

“能有今天，我很感谢老婆”

本报长沙讯 1985年，鲁兵安出生在湖北恩施，2004年考入兰州大学物理学国家级基地班，4年后被保送至本校继续读硕士，只用了4年时间，他就在2012年获得了博士学位。

在兰州大学期间，鲁兵安就已经做出了很多的科研成果。例如，他研发了一种新的药，用石墨加速创伤愈合；还设计了一种大面积静电纺丝，可以用于海水淡化、高分子制模等领域。

来自湖北农村的鲁兵安，家庭并不富裕，读大学期间，他不仅要赚所有学费和生活费，还会不时给弟弟寄一些学费。2008年本科毕业后，鲁兵安就和女朋友结婚，研究生入学后不久，鲁兵安的儿子就出生了。他的生活更加匆忙，早上第一个赶到实验室、晚上在外家教之后赶最后一趟公交车回家。

“能有今天，我很感谢老婆。本科毕业的时候，我一无所有，她当时的条件比我好多了。”说到这里，远在太平洋另一端的鲁兵安一度哽咽。

2012年，鲁兵安从兰州大学博士毕业，由于之前一连串闪亮的成果和履历，国内很多大学愿意直接给他提供正教授职称，但是他最后还是选择只给他提供副教授职称的湖南大学。

“面试的时候，当天晚上我到一起合作的教授实验室里，晚上10点多，赵跃宇校长专门来实验室和我聊了半个小时。”鲁兵安说，他当时就决定留在湖南大学。

为了丈夫的工作，鲁兵安的妻子辞去在兰州一家医院的护士工作，一家三口来到长沙。

在斯坦福近一年的时间里，鲁兵安基本没有离开过学校。2014年12月，他的妻子和儿子来到美国，只有圣诞节的时候，他才陪妻儿到洛杉矶游玩一次。鲁兵安说：“我感到很愧疚，回国之后得改一改，用多一点时间陪家人。”

5月，鲁兵安将结束在斯坦福的访学，回到湖大，他计划把科研方向转到环境问题。

关注更多技术新闻请回到首页《通用技术网》点击《技术新闻》栏目查看