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英国研发锂电池技术革新 添加石墨烯梁将电池寿命提高一倍

TIME : 2020-07-22

导读:英国沃里克大学的研究人员通过用石墨烯梁加强阳极的结构,发现了一种有效的方法来用硅代替阳极中的石墨,从而提高锂离子电池的容量,并使寿命延长一倍以上。


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华威制造集团的研究人员在用硅树脂取代锂离子电池阳极上取得了重大进展。


通过添加石墨烯梁,科学家们成功地克服了硅固有的性能问题,硅是地壳中含量第二大的元素,其重量能量密度是石墨的10倍,因此提高了电池的容量,并延长了其寿命两倍以上。


在典型的储能锂电池中,硅的容量会衰减。由于硅粒子在锂化过程中体积会膨胀,所以随着时间的推移,硅粒子会以电化学的方式团聚,从而阻碍进一步的充放电效率。


由于硅在本质上没有足够的弹性来应对反复充电时的固化应变,这可能会导致阳极复合微观结构的开裂、粉碎和快速物理降解。


然而,英国华威大学的研究人员发现了一种新的阳极混合物,可以在工业规模上生产,而不需要求助于硅的纳米尺寸及其相关问题。


分离和操纵几层相连的石墨烯,使研究人员获得了少层石墨烯(FLG)材料。


根据发表在《自然科学报告》上的题为《硅-少层石墨烯复合电极系统的相相关阻抗研究》的研究,当将FLG材料用于阳极时,可以显著提高较大微米级硅颗粒的性能。


因此,研究人员创造了由60%的硅微粒、16%的FLG、14%的钠/聚丙烯酸和10%的碳添加剂混合的阳极,然后检查超过100次充放电循环的性能(以及材料结构的变化)。


梅兰妮·洛夫里奇博士(Melanie Loveridge博士)是该大学WMG的高级研究员,他注意到FLG薄片提高了材料的弹性和拉伸性能,从而大大降低了锂在锂化过程中因物理膨胀而造成的损害。 Warwick的研究人员说:“更重要的是,这些FLG薄片在保持硅颗粒之间的分离度方面也非常有效。每个电池充电周期都会增加硅颗粒之间发生电化学焊接的机会。


这种增加的团聚作用逐渐减少并限制了电解液进入电池中所有颗粒的通道,并阻碍了锂离子的有效扩散,这当然会降低电池的寿命和功率输出。在WMG华威大学测试的混合物中,FLG的存在使研究人员假设这种现象在减轻电化学硅聚变方面非常有效。


进一步研究团队已经开始工作这一成就一个为期两年的项目的一部分由瓦尔塔宏,与桥大学,中投,Lithops和IIT(意大利理工学院)一起对硅/石墨烯进行工业化前生产的这一成就项目的进一步工作。复合材料并加工成用于高能量和高功率应用的锂电池定制

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