鉅大LARGE | 點擊量：496次 | 2021年12月14日
布朗大學(xué)開發(fā)出迄今最堅韌的固體電解質(zhì)，打破能量密度瓶頸
盡管用固態(tài)電解質(zhì)替代鋰電池中液體電解質(zhì)的想法已經(jīng)被許多人所接受，但在這項技術(shù)投入實際使用之前，仍有許多難點需要克服。好消息是，布朗大學(xué)的一支研究團隊，已經(jīng)通過摻入陶瓷和石墨烯精細(xì)混合物的方法，生產(chǎn)出了迄今為止最堅韌的固體電解質(zhì)。
相關(guān)研究成果以“High-ToughnessInorganicSolidElectrolytesviatheUseofReducedGrapheneOxide”為題，發(fā)表在《材料》（Materials）上。
LATP/rGO納米復(fù)合材料的電化學(xué)性能（來自：ScienceDirect）
隨著電動汽車的快速發(fā)展，高能量密度的鋰金屬電池受到越來越多的關(guān)注。目前我們所使用的鋰離子電池，工作原理是通過鋰離子不斷在正負(fù)極之間往返運動做工的，充電的時候需要讓鋰離子嵌入到負(fù)極，放電就是鋰離子從負(fù)極回到正極。
為了提高電池的能量密度，就需要提高正極材料的容量，也需要更高的充電電壓，才能盡可能多的把鋰離子釋放出來，這個時候問題就來了，提高正極材料容量沒問題，但是液態(tài)電解質(zhì)不支持很高的充電電壓。此外，在傳統(tǒng)的液態(tài)電解質(zhì)中，鋰金屬不穩(wěn)定的沉積過程以及枝晶生長會引發(fā)一系列的安全問題。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
近期一項研究指出，通常陽極由銅和石墨制成，但科學(xué)家相信固體電解質(zhì)可搭配純鋰陽極一起工作，從而打破“能量密度瓶頸”。
遺憾的是這項工作并不簡單，目前問題主要體現(xiàn)在電池的其它部分可能破裂和被腐蝕。雖然陶瓷足夠耐用，但它的物理性質(zhì)又太脆。
rGo有助防止電池中陶瓷材料的裂紋擴散（圖自：BrownUniversity）
有鑒于此，布朗大學(xué)研究團隊考慮向其中添加少量石墨烯。但作為一種既堅固又輕巧的奇妙材料，它還具有很高的電導(dǎo)率，因此必須謹(jǐn)慎利用這些屬性。
研究作者NitinPadture稱：我們希望電解質(zhì)來傳遞離子、而不是導(dǎo)電。石墨烯是一種良好的導(dǎo)電體，因此人們可能覺得我們是在導(dǎo)體中放入了導(dǎo)體。
但若我們能夠?qū)舛缺３衷谧銐虻偷乃?，就可以阻止石墨烯?dǎo)電，同時仍然享受到其結(jié)構(gòu)性質(zhì)上的益處。
據(jù)悉，研究團隊將一定量的氧化石墨烯（rGo）細(xì)小薄片與陶瓷粉末混合，然后加熱混合物，以形成陶瓷-石墨烯復(fù)合材料。
演示配圖：性能改進(jìn)
通過測試，團隊證明了僅陶瓷韌性就可提升兩倍，且石墨烯不會干擾這種電解質(zhì)材料的其它電性能。
Athanasiou表示：當(dāng)材料中出現(xiàn)裂紋時，石墨烯薄片可在實際上將斷裂的表面維持在一起，因此需要更大的能量才會將之撕開。
作為迄今為止最堅固的人造固體電解質(zhì)，我們希望通過進(jìn)一步的研究，以將之投入日常使用的設(shè)備中。cnBeta
