石墨烯涂层可以帮助防止锂电池起火

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锂电池可使电动汽车一次充电即可行驶数百英里。他们的能量存储能力是众所周知的,但它们偶尔会着火的趋势也是如此,电池研究人员将这种情况称为“热失控”。当电池过热或快速循环时,这些火灾最常发生。每年,随着越来越多的电动汽车上路,电池技术需要进行调整以减少发生这些危险和灾难性火灾的可能性。

伊利诺伊大学芝加哥工程学院的研究人员报告说,石墨烯是21世纪的奇妙材料,它可能会从锂电池燃烧中带走氧气。他们在《高级功能材料》杂志上报告了他们的发现。

锂电池着火的原因包括快速循环或充电和放电以及电池中的高温。这些条件可能导致电池内部的阴极(在大多数锂电池中为含锂的氧化物,通常为钴酸锂)分解并释放出氧气。如果氧气在足够高的热量下与电解质分解而释放出的其他易燃产物结合在一起,则会发生自燃。

机械和工业副教授Reza Shahbazian-Yassar表示:“我们认为,如果有一种方法可以防止氧气离开阴极并与电池中的其他易燃产品混合,我们可以减少发生火灾的机会。” UIC工程学院的工程学和该论文的通讯作者。

事实证明,材料Shahbazian-Yassar非常熟悉,可以为该问题提供完美的解决方案。该材料是石墨烯-具有独特特性的碳原子超薄层。Shahbazian-Yassar和他的同事以前曾使用石墨烯来帮助调节锂金属电池中电极上的锂堆积。

Shahbazian-Yassar和他的同事们知道石墨烯片不能渗透氧原子。石墨烯也很结实,柔软并且可以制成导电的。UIC 机械和工业工程专业的研究生Shahbazian-Yassar和Soroosh Sharifi-Asl 是该论文的主要作者,并认为该论文如果将非常细小的锂电池的钴酸锂锂阴极包裹在石墨烯中,可能会阻止氧气逸出。

首先,研究人员化学改变了石墨烯使其具有导电性。接下来,他们将细小颗粒的锂钴氧化物阴极电极包裹在导电石墨烯中。

当他们使用电子显微镜观察石墨烯包裹的锂钴氧化物颗粒时,他们发现与未包裹的颗粒相比,高温下氧气的释放显着减少。

接下来,他们用粘合材料将包裹的颗粒粘合在一起以形成可用的阴极,然后将其结合到锂金属电池中。当他们测量电池循环期间释放的氧气时,即使在非常高的电压下,也几乎看不到氧气从阴极逸出。即使经过200次循环,锂金属电池仍继续表现良好。

Sharifi-Asl说:“ 与传统的锂金属电池相比,在相同条件下性能下降了约45%,经过快速循环后,包裹的阴极电池仅损失了约14%的容量。”

Shahbazian-Yassar说:“石墨烯是阻止氧气释放到电解质中的理想材料。” “它不透氧气,不导电,不易弯曲,并且强度足以承受电池内部的条件。它只有几纳米厚,因此不会在电池中增加多余的质量。我们的研究表明,它在电池中的使用阴极可以可靠地减少氧气的释放,并且可能是可以显着降低这些电池着火的一种方法,这些电池为我们的手机到汽车提供动力。



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