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鋰離子電池容量增加的新方法

鉅大LARGE  |  點擊量:722次  |  2019年02月06日  

鋰離子電池是現(xiàn)下隨處可見的電池,無論3C產(chǎn)品或未來的電動車,使用都是鋰離子電池為最大宗,于是材料學(xué)者與研究人員十分關(guān)注鋰離子電池的容量、壽命與安全性。近日美國西北大學(xué)利用弄皺的石墨烯球,讓鋰離子電池有突破性的發(fā)展,可增加電池的容量并減少晶枝產(chǎn)生。

西北大學(xué)McCormick的材料科學(xué)教授JiaxingHuang表示,目前的電池中,通常用矽或是石墨來當鋰離子電池的陽極材料,但使用這些材料會讓電池的電能下降。鋰本身即是具導(dǎo)電性的金屬,于是他們打算使用鋰做陽極材料。

但鋰活性較強,在充放電時容易沉積,并在陽極產(chǎn)生樹枝狀晶枝,進而阻礙電池的性能或是刺穿絕緣層,最終導(dǎo)致電池短路或是爆炸。目前各國廠商與研究所也正尋找緩解晶枝生長的方法,例如使用不同的電解液。

也有研究人員認為可以制造一個支架,讓鋰金屬沉積在上面,但隨著充放電次數(shù)增加,鋰的體積會產(chǎn)生變化,導(dǎo)致支架不堪負荷。西北大學(xué)的研究人員則發(fā)現(xiàn)可以用凹凸不平的石墨烯球堆疊做成支架,除了能承受鋰的壓力,也可以防止晶枝生長。

西北大學(xué)早在2011年就開始研究弄皺的石墨烯球,其將石墨烯霧化(atomizing)成微小的水滴形狀,利用水分蒸發(fā)時的毛細管力(capillaryforce)作用,將石墨烯變成粗糙的球形。當時研究發(fā)現(xiàn),由于可以保有石墨烯的導(dǎo)電性與表面積大小,皺皺的石墨烯球更能保存能量。

而如今西北大學(xué)將石墨烯球堆疊成多孔支架,讓鋰金屬可沉積在上面,避免晶枝生長。Huang表示,他們要制造一個可在高壓狀態(tài)下強度足夠、不會破裂的支架。而我們的策略是反向思考,利用松散的顆粒制成,不是將石墨烯球緊密固定住。

該石墨烯支架具有導(dǎo)電性,可以讓鋰離子在陰極與陽極間流動,而當鋰沉積時,石墨烯球會相互分開,在鋰耗盡時再組裝回去。中國天津大學(xué)化學(xué)工程系副教授JiayanLuo表示,弄皺的石墨烯球也不會黏成一團,可封裝成均勻且連續(xù)的固體。

與一般石墨做陽極的電池相比,該電池的溶液重量較輕,且能在頻繁充放電時負荷鋰離子的沉積作用。以往的電池僅能讓鋰沉積幾十微米,該電池則能堆疊高達150微米的鋰離子.

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