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石墨烯涂層可以幫助防止鋰電池起火

作者：中國科學院成都有機化學有限公司來源：http://www.sikpqwc.cn 日期：2019-05-17 16:13:09

鋰電池允許電動車一次充電幾百英里。他們的儲能能力眾所周知，但他們偶爾會著火的傾向 - 電池研究人員稱之為“熱失控”。當電池過熱或快速循環時，這些火災最常發生。隨著越來越多的電動汽車在路上行駛，電池技術需要適應以減少這些危險和災難性火災的可能性。

伊利諾伊大學芝加哥工程學院的研究人員報告說，21世紀的石墨烯 - 奇跡材料 - 可能會從鋰電池火災中吸收氧氣。他們在雜志上報告了他們的發現新型功能材料。

      鋰電池著火的原因包括快速循環或充電和放電以及電池中的高溫。這些條件會導致電池內部的陰極 - 在大多數鋰電池的情況下，它是含鋰氧化物，通常是鋰鈷氧化物 - 分解和釋放氧氣。如果氧氣與在足夠高的熱量下通過電解質分解釋放的其他易燃產物結合，則可能發生自燃。

      “我們認為如果有辦法防止氧氣離開陰極并與電池中的其他易燃產品混合，我們就可以減少發生火災的可能性，”機械和工業副教授Reza Shahbazian-Yassar說道。 UIC工程學院的工程學和論文的相應作者。

      事實證明，Shahbazian-Yassar非常熟悉的材料為這個問題提供了一個完美的解決方案。這種材料是石墨烯 - 一種具有獨特性質的超薄碳原子層。Shahbazian-Yassar和他的同事之前曾使用石墨烯來幫助調節鋰金屬電池電極上的鋰累積。

      Shahbazian-Yassar和他的同事知道石墨烯片對氧原子是不可滲透的。石墨烯也很堅固，柔韌并且可以制成導電的。Shahbazian-Yassar和Soroosh Sharifi-Asl 是UIC的機械和工業工程研究生，也是該論文的第一作者，他認為如果他們用石墨烯中的鋰電池的鋰鈷氧化物陰極包裹非常小的顆粒，它可能會阻止逃逸的氧氣。

      首先，研究人員對石墨烯進行了化學改性，使其具有導電性。接下來，他們將微小的鋰鈷氧化物陰極顆粒包裹在導電石墨烯中。

      當他們使用電子顯微鏡觀察石墨烯包裹的鋰鈷氧化物顆粒時，他們發現與未包裹的顆粒相比，高溫下的氧氣釋放顯著減少。

      接下來，它們將包裹的顆粒與粘合材料結合在一起以形成可用的陰極，并將其結合到鋰金屬電池中。當他們在電池循環期間測量釋放的氧氣時，即使在非常高的電壓下，他們也幾乎看不到氧氣從陰極逸出。即使在200次循環后，鋰金屬電池仍然表現良好。

      “相比傳統的鋰金屬電池，在相同條件下性能下降了約45％，包裹的陰極電池在快速循環后僅損失了約14％的容量，”Sharifi-Asl說。

      “石墨烯是阻止氧氣釋放到電解質中的理想材料，”Shahbazian-Yassar說。“它不透氧，導電，柔韌，并且足夠堅固以承受電池內的條件。它只有幾納米厚，所以沒有額外的質量添加到電池。我們的研究表明它在陰極可以可靠地減少氧氣的釋放，這可能是這些電池發生火災的一種方式 - 從我們的手機到我們的汽車，可以大大減少火災。“

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