石墨烯不僅可以提高鋰電池儲能和性能,還可以防止鋰電池起火
更新時間:2019-06-24 14:53:42
據外媒報導,鋰電池可讓電動汽車的續航路程到達幾百英里,存儲能量的能力眾所周知,但是此類電池具起火危險也是人盡皆知,電池人員將此類現象稱為“熱失控”(即電池堆集過多熱量)。當電池過熱或是快速循環時,起火事故發作得最頻頻。
由于現在每年越來越多的電動汽車得以上路,因而電池技術也需要得到發展,以下降危險和災難性起火事故發作的可能性。 美國伊利諾伊大學芝加哥工程學院(the University of Illinois at Chicago College of Engineering)的研究人員發布了一份研究報告,表明21世紀的奇特資料 – 石墨烯,可能可以從鋰離子電池著火時吸走氧氣,從而下降起火危險。
鋰電池起火的原因在于電池快速循環或充放電,以及電池內積累的高溫。上述狀況會導致電池內部的陰極(大多數狀況下,陰極都是含有鋰的氧化物,通常是鋰鈷氧化物)分化并開釋氧氣。而電解質在高溫下會分化開釋出易燃品,假如氧氣與此類易燃品相結合,就會發作自燃。 伊利諾伊大學芝加哥工程學院機械和工業工程副教授兼該論文的通訊作者Reza Shahbazian-Yassar表明:“我們以為,假如有一種辦法,可以防止陰極開釋的氧氣與電池內其他易燃品相結合,我們就可以下降起火的可能性。” 成果發現,石墨烯資料便是完美的解決方案,石墨烯是一種具有共同性質的超薄碳原子層。
Shahbazian-Yassar與他的搭檔以前曾使用過石墨烯調節鋰金屬電池電極上積累的鋰。 Shahbazian-Yassar與他的搭檔都知道,氧原子無法從石墨烯片中滲出。此外,石墨烯還具有強度高、柔韌性好、可導電等長處。他們以為,假如用石墨烯將鋰電池的鈷酸鋰陰極小顆粒包裹起來,就可能阻撓氧氣逸出。 首先,研究人員用化學辦法改變了石墨烯,使其具有導電性。
接下來,他們將鈷酸鋰陰極電極的微小顆粒包裹在導電的石墨烯中。當研究人員使用電子顯微鏡,觀察被石墨烯包裹的鈷酸鋰顆粒時發現,與未包裹石墨烯的顆粒比較,在高溫下,開釋的氧氣顯著削減。 接下來,研究人員將被石墨烯包裹的顆粒與粘合資料相結合,形成了一個陰極,集成至鋰金屬電池中。當研究人員測量電池循環過程中氧氣開釋狀況時發現,即便在十分高的電壓下,也幾乎沒有氧氣從陰極中逸出。
即便在200次充放電循環之后,鋰金屬電池的表現依然很好。 Sharifi-Asl表明:“與傳統的鋰金屬電池比較,陰極包裹了石墨烯的電池在快速循環后僅損失了約14%的容量,而在相同條件下,傳統鋰金屬電池的功能下降了約45%”。 Shahbazian-Yassar表明:“石墨烯是阻撓氧氣進入電解質的抱負資料。該資料不透氧、可導電、具柔韌性,強度高,可以接受電池內部條件。并且其只要幾納米厚,因而不會額定增加電池的質量。
我們的研究表明,在陰極中使用石墨烯可削減氧氣的開釋,可能是將電池起火危險明顯下降的一種辦法,而此類電池為手機和汽車提供動力。