UNIST开发固相氟化反应技术…锂电池性能与安全性双提升

Published 10 Aug.2023 11:09(KST)

Updated 06 Aug.2025 17:13(KST)

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一种同时兼顾锂离子电池负极的性能、稳定性以及环境影响的安全固相氟化反应技术已经被开发出来。

UNIST能源化学工程系的 Baek Jongbeom 教授团队通过让特氟龙（Teflon，PTFE）与石墨发生反应，开发出一种可以安全、简便地合成氟化碳（Fluorinated carbon）的方法。

研究团队采用机械化学中典型的反应诱导方法——球磨法（ball-milling），确认了其储存容量和电化学稳定性均比石墨优异2.5倍以上。

用于制备氟化碳的氟气（F2）和氟化氢（HF）等化合物具有极高的反应性和腐蚀性，是非常危险的化合物。它们可导致人体麻痹甚至死亡，同时也成为大规模生产时制造设备成本增加的原因。

为诱导安全且简便的氟化反应，研究团队构想出利用固体进行氟化的方法。

在日常生活中广泛使用的化合物中，所有元素都由氟构成的特氟龙在空气中非常稳定，即使误食对人体也无害，是一种高分子化合物。

通过机械化学球磨制备氟化碳的工艺过程。

特氟龙也用作平底锅的涂层材料，它能降低表面摩擦力，并且在化学上非常稳定，因此一般不会作为常规反应物使用。

研究团队在实验中确认，当特氟龙所承受的能量超过其可承受极限时，其分子链会断裂，从而发生自由基（radical）生成反应。

研究团队通过多种分析方法证明，在这一过程中生成的分子复合体会与石墨发生反应并附着在其表面和边缘，从而形成氟化碳。

通过固相反应制备的氟化碳展现出比石墨更优异的储存容量和电化学稳定性。在50mA/g的低速充电条件下，其储存容量达到951.6mAh/g，比石墨高出2.5倍；在10000mA/g的高速充电条件下，其储存容量为329mAh/g，比石墨高出最多10倍。

在以2000mA/g充电速率进行的1000次以上充放电实验中，石墨仅维持了43.8%的性能，而氟化碳则保持了76.6%的高性能。

UNIST教授 Baek Jongbeom（左），第一作者研究员 Jang Bujae。

第一作者、能源化学工程系研究员 Jang Buje 表示：“本次研究虽以安全氟化反应为主题开展实验，但事实上最重要的是提出了固相反应的方向和可能性。”

他接着解释称：“氟化碳不仅可用于二次电池，还可应用于各类电子设备的电极材料，因此可以安全、简便地实现大规模生产。”

能源化学工程系教授 Baek Jongbeom 称：“机械化学合成法是近来在《Science》上也成为热点议题的关注领域。如果能够很好地阐明固相反应的原理，就有望开发出以往无法制备的新型材料。”

本研究在蔚山科学技术院 U-K 品牌、碳中和委员会以及科学技术信息通信部和韩国研究财团领军研究项目的支持下完成。

本次研究成果已于7月27日在线发表于能源与材料领域国际学术期刊《Advanced Functional Materials》。

本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。