鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:572次 | 2023年01月10日
鋰電池新方向:石墨烯涂層可幫助提高能量密度和電池壽命
據(jù)報(bào)道,來(lái)自美國(guó)和韓國(guó)的科學(xué)家們近期共同研究了高能量密度鋰電池(LIBs)正極材料降解的根源,并開(kāi)發(fā)了基于石墨烯的策略來(lái)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(guó)西北大學(xué)、克萊姆森大學(xué),以及韓國(guó)世宗大學(xué)的研究人員共同完成的。該研究重要作者M(jìn)arkHersam表示:LIB中的大多數(shù)降解機(jī)制都發(fā)生在和電解質(zhì)接觸的電極表面上。我們?cè)噲D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(shí)別和最小化NCA(鎳,鈷,鋁)納米顆粒合成過(guò)程中殘留的氫氧化物和碳酸鹽雜質(zhì)的策略。他們意識(shí)到,LIB正極表面首先要通過(guò)適當(dāng)?shù)耐嘶饋?lái)制備,該過(guò)程是將正極納米顆粒加熱以去除表面雜質(zhì),然后通過(guò)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(zhǎng)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(duì)陰極材料進(jìn)行預(yù)退火是非常重要的。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
據(jù)悉,該研究關(guān)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(chē)和用于可再生能源(如風(fēng)能和太陽(yáng)能)的電網(wǎng)級(jí)儲(chǔ)能。
此外,雖然這項(xiàng)工作重要集中在富含鎳的LIB陰極上,但是這種方法也可以推廣到其他的儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)能技術(shù)中陽(yáng)極的性能。最終,你要同時(shí)優(yōu)化陽(yáng)極和陰極,以實(shí)現(xiàn)最好的電池性能。Hersam補(bǔ)充說(shuō)。