鋰金屬電池的致命缺陷有救了!新材料可延長其壽命

2022-07-07 　來自: 王澤龍 182 1045 0914

　　

英媒稱，鋰金屬電池的儲電量相當于鋰電池的10倍，但是因為一個致命缺陷一直未被商業化：在鋰金屬電池充放電時，鋰會不均勻地聚集在電極上。這種積聚會大大縮短電池壽命，而且更重要的是，這可能會導致電池短路和起火。

 

據英國科學新聞網站三月十五日報道，現在，美國伊利諾伊大學芝加哥分校（UIC）的研究人員開發了一種以氧化石墨烯為涂層的"納米片"來解決這一問題：將這種納米片置于鋰金屬電池的兩個電極之間能夠防止鋰的不均勻聚集，令電池經過數百次的充電/放電循環仍能安全工作。研究人員將研究成果刊登在美國《先進功能材料》雜志上。

 

這篇研究論文的通訊作者、UIC工程學院機械和工業工程專業副教授雷扎·沙赫巴齊安-亞薩爾說："我們的研究結果表明，二維材料——在此例中為氧化石墨烯——能夠幫助調節鋰聚集，從而延長鋰金屬電池的使用壽命。"

 

報道稱，在鋰電池中，有一個隔膜被置于電解液中。這種隔膜通常由多孔聚合物或玻璃陶瓷纖維制成，隔膜允許鋰離子通過，同時擋住其他部件，以防發生可能導致起火的短路。


 

沙赫巴齊安-亞薩爾及其同事在鋰金屬電池中使用了一種改進的隔膜來調節鋰離子的流動，以控制鋰的聚集速度，然后觀察其是否能防止鋰樹枝狀結晶的形成。他們把氧化石墨烯噴涂到一種玻璃纖維隔膜上，從而制造出他們口中的"納米片"。

 

這項研究的第一作者、UIC工程學院研究生塔拉·福魯贊說，研究人員利用掃描電子顯微鏡和其他成像技術來展示，當這種納米片被用于鋰金屬電池時，鋰電極表面會形成一層均勻的鋰膜，這實際上提高了電池性能，并且令電池更安全。

 

得克薩斯農機大學的一組研究人員帶頭進行的分子模擬表明，鋰離子暫時和氧化石墨烯結合，然后通過納米片中的納米級缺陷區擴散。這放慢了鋰離子的通過速度，從而阻止了在電極上形成鋰的樹枝狀結晶。

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