石墨烯梁可以将可充电锂离子电池的寿命翻倍

石墨烯梁可以将锂电池的寿命翻倍

这是阳极中硅和FLG的横截面。WMG大学

WMG领导的新研究沃里克大学通过加强阳极的结构,找到了用硅在锂离子电池的阳极中替换石墨的有效方法石墨烯.梁。这可能多于可充电锂离子电池的寿命,并且还增加了这些电池递送的容量。

石墨是锂离子电池中阳极的默认选择,因为它们由索尼的原始发射,但研究人员和制造商长期以来掌握一种用硅更换石墨的方法,因为它是一种大量的重量能量的有限元素石墨密度。不幸的是,硅有几个其他绩效问题,继续限制其商业剥削。由于其在锂锂硅颗粒上的体积膨胀,可以以妨碍进一步充电放电效率的方式电化学凝聚。硅也没有足够的全部弹性,以应对锂重复充电时的裂解菌株,导致阳极复合微观结构的裂缝,粉碎和快速的物理降解。这有助于淡化淡化,以及对电极上发生的降级事件 - 阴极。要使用手机作为一个例子,这就是为什么我们必须为手机充电更长且较长的时间,而且它也是为什么他们不遵守他们的费用,只要他们是新的。

许多方法都试图克服这些问题。例如,使用纳米尺寸/结构化硅颗粒与微米尺寸的石墨烯,但这并未令人满意。使用纳米尺寸的硅颗粒显着增加可用的反应性表面的量。在第一电荷循环期间,这导致在硅和电解质之间形成固体电解质相互异位屏障的固体电解质差异屏障,从而大大减少锂库存,从而导致在硅和电解质之间进行更多的锂。该层也继续在硅上生长,因此锂损失变得连续。将其他材料(例如石墨烯)掺入不同尺寸的其他方法已被认为是对大规模制造的进展不切实际。

石墨烯可以将锂电池的寿命翻倍

这是示出FLG薄片的图还可以非常有效地保留硅颗粒与每个电池充电循环之间的分离程度。沃里克大学

然而,由Melanie Loveridge博士在WMG在WMG在WMG在WMG,已经发现并测试了一种新的阳极混合物和一种化学改性石墨烯,可以解决这些问题并产生可行的硅阳极锂离子电池。这种方法可以实际上以工业规模制造,而无需诉诸硅的纳米尺寸及其相关问题。新的研究刚刚在2018年1月23日星期二发表于2018年1月23日的题为型硅 - 少数层石墨烯(FLG)复合电极系统的题为相对相关阻抗研究的科学报告。

石墨烯当然是一个单一的原子厚层的矿物石墨(碳的同类型)。然而,也可以分离和操纵少数环形的石墨烯层,使材料研究人员称为几层石墨烯(FLG)。以前的研究已经测试了使用纳米型硅的FLG的使用,但是这项新的研究发现,在阳极中使用时,FLG还可以显着提高较大微米尺寸的硅颗粒的性能。因此,这种混合物可以显着延长锂离子电池的寿命,并且还提供增加的功率能力。

研究人员产生了阳极,其混合物为60%微硅颗粒,16%FLG,14%钠/聚丙烯酸和10%的碳添加剂,然后在100个电荷放电循环中检查了含量的性能(和材料结构的变化)。

Melanie Loveridge博士领导了研究,是WMG的高级研究员,沃里克大学说:

“FLG的薄片在整个阳极中混合,并像一组强,但相对弹性的梁一样。这些FLG的薄片增加了材料的弹性和弹性大大减少了硅胶在硅胶的物理膨胀引起的损伤。石墨烯增强了阳极的长距离电导率,并在结构稳定的复合材料中保持低电阻。“

“更重要的是,这些FLG薄片也可以非常有效地保留硅颗粒之间的分离程度。每个电池充电循环增加硅颗粒彼此电化学焊接的可能性。这种增加的聚集逐渐减少并限制电解质对电池中的所有颗粒的电解质接入,并且阻碍了锂离子的有效扩散,当然会降低电池的寿命和功率输出。由WMG Warwick大学测试的混合物中FLG的存在LED研究人员假设这种现象在减轻电化学硅融合方面具有高度有效。这是通过系统调查的支持“

WMG研究团队已经开始进一步研究这种技术进步,将包括进一步的研究和研究,作为由Varta微型创新领导的石墨烯Spearhead两年项目的一部分,WMG在Warwick大学是剑桥大学的合作伙伴,CIC,Lithops和IIT(意大利技术学院)。该项目的主要目的是推进硅/石墨烯复合材料的预工业生产及其随后加工成高能和大功率应用的锂离子电池。作为该项目的一部分,WMG在WARWICK将优化优化的锂离子电池的电极研究,缩放和袋电池制造。

出版物:Qianye Huang等,“硅 - 少数层石墨烯(FLG)复合电极系统的电化学评价和相位相关阻抗研究”,“科学报告8”,第1386(2018)DOI:10.1038 / S41598-018-19929-3

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