鋰金屬電池的致命缺陷有救了！新材料可延長(zhǎng)其壽命
時(shí)間:2018-04-04 10:52來(lái)源:參考消息網(wǎng) 作者:綜合報(bào)道
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英媒稱，鋰金屬電池的儲(chǔ)電量相當(dāng)于鋰離子電池的10倍，但是因?yàn)橐粋�(gè)致命缺陷一直未被商業(yè)化：在鋰金屬電池充放電時(shí)，鋰會(huì)不均勻地聚集在電極上。這種積聚會(huì)大大縮短電池壽命，而且更重要的是，這可能會(huì)導(dǎo)致電池短路和起火。
據(jù)英國(guó)科學(xué)新聞網(wǎng)站3月15日?qǐng)?bào)道，現(xiàn)在，美國(guó)伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校（UIC）的研究人員開發(fā)了一種以氧化石墨烯為涂層的“納米片”來(lái)解決這一問(wèn)題：將這種納米片置于鋰金屬電池的兩個(gè)電極之間能夠防止鋰的不均勻聚集，令電池經(jīng)過(guò)數(shù)百次的充電/放電循環(huán)仍能安全工作。研究人員將研究成果刊登在美國(guó)《先進(jìn)功能材料》雜志上。
這篇研究論文的通訊作者、UIC工程學(xué)院機(jī)械與工業(yè)工程專業(yè)副教授雷扎·沙赫巴齊安-亞薩爾說(shuō)：“我們的研究結(jié)果表明，二維材料——在此例中為氧化石墨烯——能夠幫助調(diào)節(jié)鋰聚集，從而延長(zhǎng)鋰金屬電池的使用壽命。”
報(bào)道稱，在鋰離子電池中，有一個(gè)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(guò)，同時(shí)擋住其他部件，以防發(fā)生可能導(dǎo)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(jìn)的隔膜來(lái)調(diào)節(jié)鋰離子的流動(dòng)，以控制鋰的聚集速度，然后觀察其是否能防止鋰樹枝狀結(jié)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(xiàng)研究的第一作者、UIC工程學(xué)院研究生塔拉·福魯贊說(shuō)，研究人員利用掃描電子顯微鏡和其他成像技術(shù)來(lái)展示，當(dāng)這種納米片被用于鋰金屬電池時(shí)，鋰電極表面會(huì)形成一層均勻的鋰膜，這實(shí)際上提高了電池性能，并且令電池更安全。
得克薩斯農(nóng)機(jī)大學(xué)的一組研究人員帶頭進(jìn)行的分子模擬表明，鋰離子暫時(shí)與氧化石墨烯結(jié)合，然后通過(guò)納米片中的納米級(jí)缺陷區(qū)擴(kuò)散。這放慢了鋰離子的通過(guò)速度，從而阻止了在電極上形成鋰的樹枝狀結(jié)晶。
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