布朗大学研制迄今最坚韧的固体电解质

来源:西贝网
尽管用固态电解质替代锂电池中液体电解质的想法已经被许多人所接受,但在这项技术投入实际使用之前,仍有许多难点需要克服。好消息是,布朗大学的一支研究团队,已经通过掺入陶瓷和石墨烯精细混合物的方法,生产出了迄今为止最坚韧的固体电解质。

尽管用固态电解质替代锂电池中液体电解质的想法已经被许多人所接受,但在这项技术投入实际使用之前,仍有许多难点需要克服。好消息是,布朗大学的一支研究团队,已经通过掺入陶瓷和石墨烯精细混合物的方法,生产出了迄今为止最坚韧的固体电解质。

LATP / rGO 纳米复合材料的电化学性能(来自:Science Direct)

作为在电池充放电过程中,于阳极和阴极之间来回携带锂离子的溶液,液态电解质在当今的锂离子电池中扮演着重要的角色。

然而这些高挥发性的液体,也有在电池短路时引发火灾的危险,因此在安全性上仍有较大的改进余地。此外替代电解质还有助于提升电池的能量密度、甚至升级电池的其它组件。

近期一项研究指出,通常阳极由铜和石墨制成,但科学家相信固体电解质可搭配纯锂阳极一起工作,从而打破“能量密度瓶颈”。

遗憾的是这项工作并不简单,目前问题主要体现在电池的其它部分可能破裂和被腐蚀。虽然陶瓷足够耐用,但它的物理性质又太脆。

rGo 有助防止电池中陶瓷材料的裂纹扩散(图自:Brown University)

有鉴于此,布朗大学研究团队考虑向其中添加少量石墨烯。但作为一种既坚固又轻巧的奇妙材料,它还具有很高的电导率,因此必须谨慎利用这些属性。

研究作者 Nitin Padture 称:我们希望电解质来传递离子、而不是导电。石墨烯是一种良好的导电体,因此人们可能觉得我们是在导体中放入了导体。

但若我们能够将浓度保持在足够低的水平,就可以阻止石墨烯导电,同时仍然享受到其结构性质上的益处。

据悉,研究团队将一定量的氧化石墨烯(rGo)细小薄片与陶瓷粉末混合,然后加热混合物,以形成陶瓷-石墨烯复合材料。

演示配图:性能改进

通过测试,团队证明了仅陶瓷韧性就可提升两倍,且石墨烯不会干扰这种电解质材料的其它电性能。

Athanasiou 表示:当材料中出现裂纹时,石墨烯薄片可在实际上将断裂的表面维持在一起,因此需要更大的能量才会将之撕开。

作为迄今为止最坚固的人造固体电解质,我们希望通过进一步的研究,以将之投入日常使用的设备中。

有关这项研究的详情,已经发表在近日出版的《材料》(Materials)期刊上。

原标题为《High-Toughness Inorganic Solid Electrolytes via the Use of Reduced Graphene Oxide》。

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