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石墨烯涂层可以帮助防止锂电池火灾

发布时间:2019-05-16 16:30:57 来源:

锂电池允许电动车一次充电几百英里。他们的储能能力众所周知,但他们偶尔会着火的倾向 - 电池研究人员称之为“热失控”。当电池过热或快速循环时,这些火灾最常发生。随着越来越多的电动汽车在路上行驶,电池技术需要适应以减少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,21世纪的石墨烯 - 奇迹材料 - 可以从锂电池火灾中吸收氧气。他们在杂志上报告了他们的发现新型功能材料。

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。这些条件会导致电池内部的阴极 - 在大多数锂电池的情况下,它是含锂氧化物,通常是锂钴氧化物 - 分解和释放氧气。如果氧气与在足够高的热量下通过电解质分解释放的其他易燃产物结合,则可能发生自燃。

“我们认为如果有办法防止氧气离开阴极并与电池中的其他易燃产品混合,我们就可以减少发生火灾的可能性,”机械和工业副教授Reza Shahbazian-Yassar说道。 UIC工程学院的工程学和论文的相应作者。

事实证明,Shahbazian-Yassar非常熟悉的材料为这个问题提供了一个完美的解决方案。这种材料是石墨烯 - 一种具有独特性质的超薄碳原子层。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电极上的锂累积。

Shahbazian-Yassar和他的同事知道石墨烯片对氧原子是不可渗透的。石墨烯也很坚固,柔韧并且可以制成导电的。Shahbazian-Yassar和Soroosh Sharifi-Asl是UIC的机械和工业工程研究生,也是该论文的第一作者,他认为如果他们用石墨烯中的锂电池的锂钴氧化物阴极包裹非常小的颗粒,它可能会阻止逃逸的氧气。

首先,研究人员对石墨烯进行了化学改性,使其具有导电性。接下来,他们将微小的锂钴氧化物阴极颗粒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钴酸锂颗粒时,他们发现与未包裹的颗粒相比,高温下的氧气释放显着减少。

接下来,它们将包裹的颗粒与粘合材料结合在一起以形成可用的阴极,并将其结合到锂金属电池中。当他们在电池循环期间测量释放的氧气时,即使在非常高的电压下,他们也几乎看不到氧气从阴极逸出。即使在200次循环后,锂金属电池仍然表现良好。

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

“石墨烯是阻止氧气释放到电解质中的理想材料,”Shahbazian-Yassar说。“它不透氧,导电,柔韧,并且足够坚固以承受电池内的条件。它只有几纳米厚,所以没有额外的质量添加到电池。我们的研究表明它在阴极可以可靠地减少氧气的释放,并且可能是这些电池发生火灾的一种方式 - 从我们的手机到我们的汽车 - 可以大大减少。“

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