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锂合金/石墨烯“千层饼”开启锂电新时代

2017-07-14 09:45:59 来源:科技日报

  “市面上常用的锂离子电池以石墨为负极,如果换成锂金属,其容量可增加10倍。然而锂金属太活泼,遇水易燃,生长枝晶会使电池短路,存在很大的安全隐患,距离真正应用还十分遥远。”7月13日,美国斯坦福大学材料科学与工程系教授崔屹说起10日发表在《自然·纳米技术》杂志上的成果时指出,科学家一直在寻找容量高、安全性能好的电池电极替代品。近日,他们课题组研发出一种锂合金/石墨烯箔片负极,该负极的容量接近锂金属的理论体积容量,且具有优异的安全特性。

  论文共同第一作者、斯坦福大学博士生赵婕告诉科技日报记者,将紧密堆积的锂合金纳米粒子包裹在大片的石墨烯片层中,可制备出锂合金/石墨烯“千层饼”。由于锂合金本身即是体积最大的状态,且被局限在导电性高、化学稳定性好的石墨烯“饼”中,避免了合金负极的体积膨胀和锂金属负极的枝晶生长问题。该“千层饼”还可与高容量硫正极组装成高效、稳定、寿命长的电池,大大增加电池的能量密度和安全性能。

  论文共同第一作者、斯坦福大学博士后周光敏进一步指出,锂金属负极在空气中非常不稳定,已报道的各种包裹策略并不能彻底解决这个问题。而在这种“千层饼”结构中层层叠叠的大片石墨烯紧密包裹住活泼的锂合金,起到了疏水和隔气的作用,使得该富锂负极具有良好的空气稳定性。

  崔屹表示,凭借其高容量、优异的循环性能和安全特性,该锂合金/石墨烯箔片不仅在传统的锂离子电池中有应用前景,而且有望作为锂金属负极替代者应用于下一代锂/空气、锂/硫电池中。

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