研究人員用石墨烯包裹鋰電池陰極 防止電池起火

據(jù)外媒報道,鋰電池可讓電動汽車的續(xù)航里程達到幾百英里,存儲能量的能力眾所周知,但是此類電池具起火風險也是人盡皆知,電池人員將此類現(xiàn)象稱為“熱失控”(即電池積累過多熱量)。當電池過熱或是快速循環(huán)時,起火事故發(fā)生得最頻繁。由于現(xiàn)在每年越來越多的電動汽車得以上路,因此電池技術(shù)也需要得到發(fā)展,以降低危險和災(zāi)難性起火事故發(fā)生的可能性。

美國伊利諾伊大學(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)布了一份研究報告,表示21世紀的神奇材料 – 石墨烯,可能可以從鋰離子電池著火時吸走氧氣,從而降低起火風險。

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)在高溫下會分解釋放出易燃品,如果氧氣與此類易燃品相結(jié)合,就會發(fā)生自燃。

伊利諾伊大學(xué)芝加哥工程學(xué)院機械和工業(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特性質(zhì)的超薄碳原子層。Shahbazian-Yassar與他的同事以前曾使用過石墨烯調(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,氧原子無法從石墨烯片中滲出。此外,石墨烯還具有強度高、柔韌性好、可導(dǎo)電等優(yōu)點。他們認為,如果用石墨烯將鋰電池的鈷酸鋰陰極小顆粒包裹起來,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,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,研究人員將被石墨烯包裹的顆粒與粘合材料相結(jié)合,形成了一個陰極,集成至鋰金屬電池中。當研究人員測量電池循環(huán)過程中氧氣釋放情況時發(fā)現(xiàn),即使在非常高的電壓下,也幾乎沒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險顯著降低的一種方法,而此類電池為手機和汽車提供動力”。

2019中國（西安）新能源汽車產(chǎn)業(yè)生態(tài)大會

5月17-18日，由電車資源、西安新能源汽車產(chǎn)業(yè)協(xié)會聯(lián)合主辦的“2019中國（西安）新能源汽車產(chǎn)業(yè)生態(tài)大會”將在西安舉行。此次大會以“新能源汽車的革新?lián)Q代”為主題，得到了陜西省工業(yè)和信息化廳、西安市人民政府的指導(dǎo)；邀請新能源汽車行業(yè)的國家院士、資深專家、車企領(lǐng)導(dǎo)、零部件企業(yè)技術(shù)總工、車產(chǎn)品運營企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)等，從企業(yè)關(guān)注的后補貼時代國家政策層面、產(chǎn)品技術(shù)升級與發(fā)展方向、新能源乘用車網(wǎng)約化之路、電動物流車綠色城配之選等熱點問題進行探討。 。點擊了解大會詳情>>>