新型锂金属电池在五分钟内充满电

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新电池阳极的扫描电子显微镜:左侧包含沥青,石墨烯纳米带和锂,而右侧图像仅包含沥青和石墨烯

新电池阳极的扫描电子显微镜:左侧包含沥青,石墨烯纳米带和锂,而右侧图像仅包含沥青和石墨烯


锂离子电池虽然有用且无处不在,但已接近极限,而且我们很难取得进一步的突破。诸如锂空气电池和锂金属电池之类的变体正在研究中,以取代它们,现在,莱斯大学的研究人员借助一种不太可能的成分对后者进行了改进。研究小组发现,向锂金属电池的负极中添加沥青会更快地充电,并且短路和失效的可能性较小。

为了制造新电池,赖斯的研究人员使用了未经处理的硅藻土(一种沥青的衍生物),并将其与导电石墨烯纳米带混合。然后,通过电化学沉积工艺将该复合材料涂覆在锂金属中,以制成阳极。最终电池是通过将该阳极与硫化碳阴极组合而成的。

该团队对这些新型沥青-锂金属电池进行了500多次充放电循环测试,发现沥青中的多孔碳材料使电池更加稳定。发现电池的功率密度为每千克1,322瓦,能量密度为每千克943瓦时。同时,每平方厘米20 mA的高电流密度意味着这些电池可以比标准锂离子电池更快地从空充电。

“这些电池的容量巨大,但同样引人注目的是,我们可以在五分钟之内将它们从零充电变为充满电,而不是其他电池通常需要两个小时或更长时间,”在项目上。

新电池还有另外一个重要的窍门:防止树突的形成这些微小的锂触角通常在充电过程中在阳极上长大,并最终在整个装置中分支出来,直到到达另一个电极为止。这会使电池短路,在极端情况下,可能导致电池着火甚至爆炸。

但是沥青衍生物有助于防止这种情况,从而产生更稳定的电池。赖斯研究人员在上一个项目中使用石墨烯和碳纳米管的阳极发现了碳的活性成分团队说,这里的主要区别在于新设计更容易制造。

“虽然前者和这种新型电池之间的容量相似,接近锂金属的理论极限,但新型沥青衍生的碳在单位面积上可以吸收更多的锂金属,而且制造起来更简单,更便宜。”游览。“没有化学气相沉积步骤,没有电子束沉积步骤,也不需要从石墨烯中生长纳米管,因此大大简化了制造过程。”

这项研究发表在ACS Nano杂志上

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