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碳納米管技術(shù)開(kāi)辟了鋰離子電池材料的新領(lǐng)域

獨(dú)愛(ài)72H ? 來(lái)源:微鋰電 ? 作者:微鋰電 ? 2020-04-23 15:07 ? 次閱讀

(文章來(lái)源:微鋰電)

據(jù)外媒報(bào)道,美國(guó)科學(xué)家已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種碳納米管來(lái)制造帶有硅陽(yáng)極的鋰離子電池。該設(shè)備在1500次循環(huán)后的容量保持率優(yōu)于87%。研究人員說(shuō),他們的發(fā)現(xiàn)克服了將硅用作陽(yáng)極的許多障礙,開(kāi)拓了鋰離子電池中電極材料的使用。

二級(jí)離子質(zhì)譜儀使PNNL的科學(xué)家能夠在分子水平上觀察鋰離子電池。外媒介紹,美國(guó)太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(PNNL)的科學(xué)家使用碳納米管來(lái)克服開(kāi)發(fā)鋰離子電池硅陽(yáng)極所固有的一些問(wèn)題。

實(shí)驗(yàn)得出,如果用硅陽(yáng)極替代當(dāng)今廣泛應(yīng)用于商業(yè)電池中的石墨陽(yáng)極,則有可能顯著提高電池的能量密度。然而,硅也存在問(wèn)題,當(dāng)它與鋰形成合金時(shí),它會(huì)大幅度膨脹,有時(shí)膨脹高達(dá)400%,其膨脹會(huì)導(dǎo)致一系列性能的下降。

盡管今年美國(guó)萊斯大學(xué)的科學(xué)家證明了使用多孔硅的方法能夠解決問(wèn)題,但由此產(chǎn)生的陽(yáng)極缺乏機(jī)械強(qiáng)度,因此必須將其容量限制在遠(yuǎn)低于最大電勢(shì)(盡管仍遠(yuǎn)高于石墨)的水平,以最小化電極上的應(yīng)力。

PNNL小組轉(zhuǎn)而使用碳納米管并將其用于硅陽(yáng)極。利用鋁熱還原技術(shù),研究小組制備了碳納米管硅微球,這種小而圓的顆粒能夠吸收硅顆粒的膨脹,將其限制在全鋰化的30%左右。陽(yáng)極還表現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度,能夠承受200兆帕的壓力。

研究人員根據(jù)碳納米管這一概念制造了幾種硅電極設(shè)計(jì),并以論文《具有非凡機(jī)械強(qiáng)度的分級(jí)多孔硅結(jié)構(gòu)如高性能鋰離子電池陽(yáng)極》發(fā)表在了《自然通訊》上。研究小組認(rèn)為,基于碳納米管-硅的分級(jí)多孔納米結(jié)構(gòu)為下一代電池的實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)了巨大的希望,下一步將研究可擴(kuò)展的電池生產(chǎn)方法,比如利用噴霧干燥和機(jī)械冷凝。

微鋰電團(tuán)隊(duì)分析,納米結(jié)構(gòu)的電池材料和電極的合理設(shè)計(jì),將為電池材料的設(shè)計(jì)開(kāi)辟新的領(lǐng)域。
(責(zé)任編輯:fqj)

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