?。▓D片來(lái)源:伊利諾伊大學(xué)芝加哥工程學(xué)院官網(wǎng),圖中人物:Reza Shahbazian-Yassar)
據(jù)外媒報(bào)道,,鋰電池可讓電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程達(dá)到幾百英里,,存儲(chǔ)能量的能力眾所周知,,但是此類(lèi)電池具起火風(fēng)險(xiǎn)也是人盡皆知,電池人員將此類(lèi)現(xiàn)象稱(chēng)為“熱失控”(即電池積累過(guò)多熱量),。當(dāng)電池過(guò)熱或是快速循環(huán)時(shí),,起火事故發(fā)生得最頻繁。由于現(xiàn)在每年越來(lái)越多的電動(dòng)汽車(chē)得以上路,,因此電池技術(shù)也需要得到發(fā)展,,以降低危險(xiǎn)和災(zāi)難性起火事故發(fā)生的可能性。
美國(guó)伊利諾伊大學(xué)芝加哥工程學(xué)院(the University of Illinois at Chicago College of Engineering)的研究人員發(fā)布了一份研究報(bào)告,,表示21世紀(jì)的神奇材料 – 石墨烯,,可能可以從鋰離子電池著火時(shí)吸走氧氣,從而降低起火風(fēng)險(xiǎn),。
鋰電池起火的原因在于電池快速循環(huán)或充放電,,以及電池內(nèi)積聚的高溫。上述情況會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部的陰極(大多數(shù)情況下,,陰極都是含有鋰的氧化物,,通常是鋰鈷氧化物)分解并釋放氧氣。而電解質(zhì)在高溫下會(huì)分解釋放出易燃品,,如果氧氣與此類(lèi)易燃品相結(jié)合,,就會(huì)發(fā)生自燃。
伊利諾伊大學(xué)芝加哥工程學(xué)院機(jī)械和工業(yè)工程副教授兼該論文的通訊作者Reza Shahbazian-Yassar表示:“我們認(rèn)為,,如果有一種方法,,可以防止陰極釋放的氧氣與電池內(nèi)其他易燃品相結(jié)合,我們就可以降低起火的可能性,?!?/p>
結(jié)果發(fā)現(xiàn),石墨烯材料就是完美的解決方案,,石墨烯是一種具有獨(dú)特性質(zhì)的超薄碳原子層,。Shahbazian-Yassar與他的同事以前曾使用過(guò)石墨烯調(diào)節(jié)鋰金屬電池電極上積聚的鋰。
Shahbazian-Yassar與他的同事都知道,,氧原子無(wú)法從石墨烯片中滲出,。此外,石墨烯還具有強(qiáng)度高,、柔韌性好,、可導(dǎo)電等優(yōu)點(diǎn),。他們認(rèn)為,,如果用石墨烯將鋰電池的鈷酸鋰陰極小顆粒包裹起來(lái),,就可能阻止氧氣逸出。
首先,,研究人員用化學(xué)方法改變了石墨烯,,使其具有導(dǎo)電性,。接下來(lái),他們將鈷酸鋰陰極電極的微小顆粒包裹在導(dǎo)電的石墨烯中,。當(dāng)研究人員使用電子顯微鏡,觀察被石墨烯包裹的鈷酸鋰顆粒時(shí)發(fā)現(xiàn),,與未包裹石墨烯的顆粒相比,,在高溫下,釋放的氧氣明顯減少,。
接下來(lái),,研究人員將被石墨烯包裹的顆粒與粘合材料相結(jié)合,形成了一個(gè)陰極,,集成至鋰金屬電池中,。當(dāng)研究人員測(cè)量電池循環(huán)過(guò)程中氧氣釋放情況時(shí)發(fā)現(xiàn),即使在非常高的電壓下,,也幾乎沒(méi)有氧氣從陰極中逸出,。即使在200次充放電循環(huán)之后,鋰金屬電池的表現(xiàn)仍然很好,。
Sharifi-Asl表示:“與傳統(tǒng)的鋰金屬電池相比,,陰極包裹了石墨烯的電池在快速循環(huán)后僅損失了約14%的容量,而在相同條件下,,傳統(tǒng)鋰金屬電池的性能下降了約45%”,。
Shahbazian-Yassar表示:“石墨烯是阻止氧氣進(jìn)入電解質(zhì)的理想材料。該材料不透氧,、可導(dǎo)電,、具柔韌性,強(qiáng)度高,,能夠承受電池內(nèi)部條件,。而且其只有幾納米厚,因此不會(huì)額外增加電池的質(zhì)量,。我們的研究表明,,在陰極中使用石墨烯可減少氧氣的釋放,可能是將電池起火風(fēng)險(xiǎn)顯著降低的一種方法,,而此類(lèi)電池為手機(jī)和汽車(chē)提供動(dòng)力”,。