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鋰離子電池新方向：石墨烯涂層可幫助提高能量密度和電池壽命
時(shí)間:2020-12-03 10:21來源:財(cái)聯(lián)社 作者:綜合報(bào)道
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據(jù)報(bào)道，來自美國和韓國的科學(xué)家們近期共同研究了高能量密度鋰離子電池（LIBs）正極材料降解的根源，并開發(fā)了基于石墨烯的策略來減輕這些降解機(jī)理并提高電池的性能。
這項(xiàng)研究是由美國西北大學(xué)、克萊姆森大學(xué)，以及韓國世宗大學(xué)的研究人員共同完成的。該研究主要作者M(jìn)ark Hersam表示：“LIB中的大多數(shù)降解機(jī)制都發(fā)生在與電解質(zhì)接觸的電極表面上。我們試圖了解這些表面的化學(xué)性質(zhì)，然后制定使降解最小化的策略。”
具體而言，研究人員采用表面化學(xué)表征作為識別和最小化NCA（鎳，鈷，鋁）納米顆粒合成過程中殘留的氫氧化物和碳酸鹽雜質(zhì)的策略。他們意識到，LIB正極表面首先需要通過適當(dāng)?shù)耐嘶饋碇苽洌撨^程是將正極納米顆粒加熱以去除表面雜質(zhì)，然后通過原子層厚度的石墨烯涂層將其鎖定為所需的結(jié)構(gòu)。
研究結(jié)果表明，石墨烯包覆NCA納米粒子制備的陰極具有優(yōu)異的電化學(xué)性能，包括低阻抗、高速率性能、高容積能量和功率密度以及長循環(huán)壽命。石墨烯涂層還作為電極表面和電解質(zhì)之間的屏障，進(jìn)一步提高了電池壽命。
盡管研究人員認(rèn)為石墨烯涂層本身就足以提高性能，但他們的研究結(jié)果表明，在應(yīng)用石墨烯涂層之前，為了優(yōu)化陰極材料的表面化學(xué)性質(zhì)，對陰極材料進(jìn)行預(yù)退火是非常重要的。
據(jù)悉，該研究對于許多新興應(yīng)用而言可能是很有價(jià)值的，尤其是電動(dòng)汽車和用于可再生能源（如風(fēng)能和太陽能）的電網(wǎng)級儲能。
此外，雖然這項(xiàng)工作主要集中在富含鎳的LIB陰極上，但是這種方法也可以推廣到其他的儲能電極上，如鈉離子或鎂離子電池，這些電池含有具有高表面積的納米結(jié)構(gòu)材料。因此，這項(xiàng)工作為實(shí)現(xiàn)高性能，基于納米粒子的儲能設(shè)備建立了一條清晰的道路。
“我們的方法也可以用于提高LIBs和相關(guān)儲能技術(shù)中陽極的性能。最終，你需要同時(shí)優(yōu)化陽極和陰極，以實(shí)現(xiàn)最好的電池性能。”Hersam補(bǔ)充說。
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