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    碳納米管為硅陽極應用鋪平道路 開辟鋰電池模組材料新領域

    TIME : 2020-04-10

    導讀:據外媒報道,美國科學家已經開發出一種碳納米管來制造帶有硅陽極的鋰離子電池。該設備在1500次循環后的容量保持率優于87%。研究人員說,他們的發現克服了將硅用作陽極的許多障礙,開拓了鋰離子電池中電極材料的使用。


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    二級離子質譜儀使PNNL的科學家能夠在分子水平上觀察鋰離子電池


    外媒介紹,美國太平洋西北國家實驗室(PNNL)的科學家使用碳納米管來克服開發鋰離子電池硅陽極所固有的一些問題。


    實驗得出,如果用硅陽極替代當今廣泛應用于商業電池中的石墨陽極,則有可能顯著提高電池的能量密度。


    然而,硅也存在問題,當它與鋰形成合金時,它會大幅度膨脹,有時膨脹高達400%,其膨脹會導致一系列性能的下降。


    盡管今年美國萊斯大學的科學家證明了使用多孔硅的方法能夠解決問題,但由此產生的陽極缺乏機械強度,因此必須將其容量限制在遠低于Z大電勢(盡管仍遠高于石墨)的水平,以Z小化電極上的應力。


    PNNL小組轉而使用碳納米管并將其用于硅陽極。利用鋁熱還原技術,研究小組制備了碳納米管硅微球,這種小而圓的顆粒能夠吸收硅顆粒的膨脹,將其限制在全鋰化的30%左右。陽極還表現出優異的機械強度,能夠承受200兆帕的壓力。

     

    研究人員根據碳納米管這一概念制造了幾種硅電極設計,并以論文《具有非凡機械強度的分級多孔硅結構如高性能鋰離子電池陽極》發表在了《自然通訊》上。

     

    研究小組認為,基于碳納米管-硅的分級多孔納米結構為下一代電池的實際應用帶來了巨大的希望,下一步將研究可擴展的電池生產方法,比如利用噴霧干燥和機械冷凝。

     

    微鋰電團隊分析,納米結構的電池材料和電極的合理設計,將為電池材料的設計開辟新的領域。

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