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研究人員將膠帶變成薄膜取代鋰金屬電池陽(yáng)極 提升鋰金屬電池性能
時(shí)間:2020-08-12 12:38來(lái)源:蓋世汽車(chē) 作者:余秋云
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（圖片來(lái)源：萊斯大學(xué)）
據(jù)外媒報(bào)道，美國(guó)萊斯大學(xué)（Rice University）的化學(xué)家James Tour與同事將膠帶變成了硅氧化物薄膜，取代鋰金屬電池中的陽(yáng)極。
在該項(xiàng)研究中，研究人員利用紅外激光切割器將商用膠帶上的硅基粘合劑變成了多孔氧化硅涂層，與膠帶聚酰亞胺襯底中的少量激光誘導(dǎo)石墨烯混合。此種具有保護(hù)作用的氧化硅層直接在現(xiàn)有電池的集電器上形成。
Tour表示，此前曾嘗試生產(chǎn)激光誘導(dǎo)石墨烯獨(dú)立薄膜，因此產(chǎn)生了利用膠帶的想法。與純聚酰亞胺薄膜不同，該膠帶不僅能從聚酰亞胺襯底產(chǎn)生激光誘導(dǎo)石墨烯，還能夠在粘合劑所在的地方產(chǎn)生半透明的薄膜，從而引發(fā)了研究人員的好奇心以及進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)。
研究人員將膠帶黏在一個(gè)銅制電流集電器上，并多次涂擦，以迅速將溫度提高至2300開(kāi)氏度（3680華氏度），從而形成了一種多孔涂層，主要由硅和氧組成，并與少量石墨烯形式的碳結(jié)合在一起。
在實(shí)驗(yàn)中，此種泡沫型薄膜在吸收和釋放鋰金屬的同時(shí)，不會(huì)形成能夠?qū)е码姵囟搪泛推鸹鸬闹АＱ芯咳藛T注意到，在電池使用裸露的集電器進(jìn)行充放電循環(huán)時(shí)，鋰金屬容易迅速降解，但在涂有激光誘導(dǎo)氧化硅（LI-SiO）的陽(yáng)極中沒(méi)有觀察到該問(wèn)題。
研究人員表示：“在傳統(tǒng)的鋰離子電池中，在充電時(shí)，鋰離子會(huì)插入到石墨烯結(jié)構(gòu)中，電池放電時(shí)，則會(huì)斷開(kāi)插入。當(dāng)使用全部石墨烯時(shí)，需要6個(gè)碳原子來(lái)存儲(chǔ)一個(gè)鋰原子。但是在鋰金屬陽(yáng)極中，沒(méi)有使用石墨烯。在電池放電時(shí)，鋰原子直接從金屬陽(yáng)極表面穿梭而出。如果可以解決安全和性能問(wèn)題，鋰金屬陽(yáng)極被認(rèn)為是未來(lái)電池研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。”
鋰金屬陽(yáng)極的容量比傳統(tǒng)的石墨烯鋰離子電池高10倍，但是缺少石墨烯的鋰金屬電池通常會(huì)采用過(guò)多的鋰金屬來(lái)補(bǔ)償陽(yáng)極表面氧化造成的損失。研究人員表示：“當(dāng)陽(yáng)極上沒(méi)有過(guò)量的鋰金屬時(shí)，通常就會(huì)快速降解，產(chǎn)生循環(huán)壽命非常有限的電池。不過(guò)，從好的一面來(lái)看，此種無(wú)陽(yáng)極的電池會(huì)更輕、性能更好，只是使用壽命很短。”
研究人員指出，與沒(méi)有過(guò)量鋰金屬的電池相比，激光誘導(dǎo)氧化硅電池的壽命增加了2倍。此種覆有激光誘導(dǎo)氧化硅涂層的電池充放電循環(huán)次數(shù)可達(dá)60次，同時(shí)保持著70%的容量。Tour表示，這可以讓鋰金屬電池適用于戶(hù)外探險(xiǎn)的高性能電池，或者在農(nóng)村地區(qū)短期停電時(shí)，用作高容量存儲(chǔ)電池。
只需要采用標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)激光器就可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，此種方法速度快，不需要溶劑，可以在室溫和室溫以下的溫度條件下進(jìn)行。此外，該項(xiàng)技術(shù)還可以制造出支持金屬納米顆粒、保護(hù)性涂層和過(guò)濾器的薄膜。
(責(zé)任編輯：子蕊)
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