碳納米管薄膜修飾 固態(tài)鋰電池電量提升3~5倍
光伏產(chǎn)業(yè)網(wǎng)訊
發(fā)布日期：2018-11-09
核心提示：
鋰電池的技術(shù)發(fā)展，已經(jīng)多年沒有取得突破性的進(jìn)展。究其原因，是難以在提升容量密度的同時，保證材料安全、穩(wěn)定、快速地重復(fù)充放電。導(dǎo)致衰減的罪魁禍?zhǔn)?，就是微觀結(jié)構(gòu)上的鋰晶枝。
鋰電池的技術(shù)發(fā)展，已經(jīng)多年沒有取得突破性的進(jìn)展。究其原因，是難以在提升容量密度的同時，保證材料安全、穩(wěn)定、快速地重復(fù)充放電。導(dǎo)致衰減的罪魁禍?zhǔn)?，就是微觀結(jié)構(gòu)上的鋰晶枝。這些尖銳的針狀結(jié)構(gòu)，可能會刺破電芯的隔膜，導(dǎo)致短路、甚至起火。限制其增長的一種方法，就是控制電池的充電速率。但在生活節(jié)奏日漸加快的當(dāng)下，這樣的妥協(xié)是難以接受的。
好消息是，萊斯大學(xué)的科學(xué)家們，已經(jīng)找到了一種讓當(dāng)前廣泛使用的鋰離子電池容量成倍提升的好方法。
這項(xiàng)電池技術(shù)的突破，集中在一種穿上碳納米薄膜的新型陽極材料上。此前，有實(shí)驗(yàn)室借助過凱夫拉纖維來限制晶枝的生長、或者使用全新類型的電解質(zhì)(攜帶電荷的化學(xué)溶液)。早在去年的時候，萊斯大學(xué)的同一研究團(tuán)隊(duì)，就已經(jīng)開發(fā)出了一種用瀝青制成的鋰金屬電池。它的充電速度更快、且對晶枝的形成有更強(qiáng)的抵抗力。現(xiàn)在，研究團(tuán)隊(duì)更進(jìn)了一步，將碳納米薄膜引入其中。它被用于涂覆電池的鋰金屬陽極，用于更有效地浸沒晶枝，類似于拿重物壓草坪、以抑制雜草。
對比圖：右側(cè)為沒有碳納米管薄膜來限制鋰晶枝的金屬陽極。
這種薄膜從陽極吸收鋰離子，并在充電過程中分配它們。但所有這些，都不會影響電池的充電速率。研究合著者 Rodrigo Salvatierra 表示：碳納米管薄膜的作用，是將沉積的金屬鋰散布開來，從而形成一個沒有晶枝的光滑層。這樣的改進(jìn)，并不會限制此類電池的充電速率、甚至放心地運(yùn)用高倍率充放電。在將新組件部署到去年的瀝青-鋰電池后，研究人員發(fā)現(xiàn)其在超過 580 次循環(huán)后，依然能夠防止晶枝的生長。此外電池的庫倫效率保持在 99.8%，成品也更易于打造。
左一起為萊斯大學(xué)化學(xué)家 James Tour、研究生 Gladys López-Silva、以及博士后研究員 Rodrigo Salvatierra 。
不過 Salvatierra 解釋到：與早先的瀝青電池相比，它有一些不同的地方。首先，我們用碳納米管薄膜來修飾固態(tài)的鋰金屬箔，這兩種材料早已做好了被電池所用的準(zhǔn)備。其次，在瀝青衍生的電極中，鋰金屬必須進(jìn)行電化學(xué)沉積，才能在完整的電池裝置中使用。最終，采用這種新型陽極的電池，能夠較市售產(chǎn)品存儲 3——5 倍的電量。即便充滿后放置一個月，其電荷損失也都可以忽略不計(jì)。換言之，它會是一種可靠的長期儲能解決方案。有關(guān)這項(xiàng)研究的詳情，已經(jīng)發(fā)表在近日出版的《先進(jìn)材料》(Advanced Materials)期刊上。原標(biāo)題為：《Suppressing Li metal Dendrites Through a Solid Li‐Ion Backup Layer》