体积达三倍,莱斯大学研究开发新阳极占领树突

日期:2020-01-01编辑作者:生命科学

莱斯大学的研究人员们刚刚宣布了一种新型锂基可充电电池原型,其容量可达当前锂离子电池的三倍。该技术有望成为锂金属电池的一项新进展,特别是解决掉了严重影响电池寿命、甚至造成短路起火爆炸危险的树突问题。莱斯大学化学家JamesTour及其同僚们,已经想出了该问题的一个解决方案采用碳与石墨烯纳米管组成的独特阳极。

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这些混合纳米管,将取代此前运用在商用锂离子电池上的石墨阳极。

盖世汽车讯 据外媒报道,美国莱斯大学(Rice University)解决了电池树突难题,该研究难题长期困扰着电池研究人员,该大学研发的锂金属电池的电容量是商用锂离子电池的三倍。

在近期的一份声明中,其表示运用这项新技术、以及包覆了一层碳的锂金属电池,能够避免树突在阳极上的大量蔓延。

莱斯大学的设计团队将锂保存在一种独特的阳极中,该阳极采用了新工艺,由石墨烯与碳纳米管(carbon nanotubes)混合制成。该材料首创于2012年,其本质是一款3D碳表面,可为锂提供足够的存储空间。理论上,该阳极本身已达到锂金属的最大存储空间,可防止树突等有害积聚物的形成。

4688美高梅集团平台,文章称,该锂原型电池每克可存储3351mAh的能量,较当前技术有很大的进步。智能机和平板电脑等消费电子产品将最为受益,设备的续航时间和充电率都将变得更长久。

据研究人员透露,树突等锂离子积聚物将渗入电池的电解质。若树突造成阳极与阴极接触,将导致短路,电池降可能因此而报废。更有甚者,该电池将因此而起火或爆炸。

当然,莱斯大学并不是近期首个取得锂离子电池研究进展的机构。

莱斯大学的化学家James Tour负责主导该研究项目,据他发现,当新电池充电后,锂金属表面将覆有一层均匀的碳混合物(highly conductive carbon hybrid),该物质导电性强,碳纳米管与石墨烯表面紧密粘合。据美国化学学会期刊《美国化学学会纳米技术》报道,出于安全性及电量考虑,该类混合物已替代了商用锂电池中的石墨阳极。

美国海军研究实验室也刚迎来了锌基电池开发的一个里程碑,其较安全性较锂离子电池更高,但在充电问题上仍然不够实用。

Tour表示,新款阳极的碳纳米管簇(nanotube forest)密度低,表面积大,有足够的空间来安置电池充放电时游动的锂离子颗粒。锂金属分布均匀,电解质内带电锂离子将扩散开来,抑制树突的增生。

通过开发一种3D海绵电极,研究人员有望规避这个问题,从而打造出既实惠、又安全、同时能够多次充电的一种电池。

他表示,尽管电池样品的电量因阴极而受限,其阳极材料的锂离子储能已达到3351毫安/克,已接近其最大理论值,是锂离子电池的锂离子储能的10倍。由于碳纳米管毯绒(nanotube carpet)密度低,其锂离子涂层将分布在基材上,确保空间利用率最大。

为测试该阳极,莱斯大学实验室采用硫基阴极及电解质,打造了全套电池。据称,该硫基阴极在充放电500多次后,其容量保持率高达80%左右。该团队采用了电子显微镜观察了阳极的影像,该电极经多次测试后,其表面并无树突或毯绒结构,阳极表面依然平滑。用裸眼观察时,发现电池近四分之一的位置出现颜色发暗的情况,该处的锂金属已耗尽,被银所占据。

Tour表示:“许多人做电池研究,仅仅专注于阳极,因为针对整个电池的研究难度更大。我们为此研发了一项配套的硫基阴极技术,与第一代超高容量的锂金属阳极相配套。目前,研究团队正在重新生产这类电池、阴极及阳极,用于中试试验(pilot scale),上述材料正在测试中。”

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