Rice U团队演示了一种石墨烯-CNT混合物,可以为锂电池提供重要的推动力

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莱斯大学的研究人员创造了一种基于石墨烯和碳纳米管混合物的可充电锂离子电池,其容量是商用锂离子电池的三倍。这主要是通过解决称为树突问题的主要挑战来实现的。

Rice U团队的石墨烯-CNT混合锂电池图像

Rice电池将锂储存在由石墨烯和碳纳米管的无缝混合物制成的独特阳极中。这种材料(2012年首次在莱斯创建)基本上是一个3D碳表面,为锂提供了充足的占地面积。据说阳极本身接近锂金属储存的理论最大值,其每克容量为3,351毫安小时,同时抵抗形成破坏性枝晶或“苔藓”沉积物。

树枝状晶体是锂沉积物,长成电池的电解质。如果它们桥接阳极和阴极并造成短路,电池可能会发生故障,着火甚至爆炸。这个问题已经破坏了许多尝试用先进的锂金属电池取代锂离子电池,这种电池使用寿命更长,充电速度更快。

Rice团队发现,当新电池充电时,锂金属均匀地涂覆高导电性碳杂化物,其中纳米管与石墨烯表面共价键合。这种混合物取代了普通锂离子电池中的石墨阳极。新型阳极的纳米管森林具有低密度和高表面积,据说有足够的空间让锂颗粒随着电池充电和放电而滑入和滑出。锂均匀分布,扩散电解质中离子携带的电流并抑制树枝状晶体的生长。

为了测试阳极,莱斯实验室制造了带有硫基阴极的完整电池,在超过500次充放电循环后,电容器保持80%的容量。测试后阳极的电子显微镜图像显示在平坦阳极上没有观察到枝晶或苔藓样结构的迹象。研究人员报告说,在肉眼看来,四分之一大小的电池中的阳极在充满锂金属和银时是黑暗的。

“许多从事电池研究的人只制造阳极,因为要做整个包装要困难得多,” 团队负责人Tour教授表示。“我们必须开发一种基于硫的相称阴极技术,以适应第一代系统中的这些超高容量锂阳极。我们正在生产这些全电池,阴极加阳极,在中试规模,他们正在进行测试。 “

在2107年1月,莱斯大学的研究人员发现,石墨烯 - 碳纳米管结合物可能有利于传递热量,使这些结合成一种引人注目的方式来引导下一代纳米电子产品中的有害热量。


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