科学探索|新型电极材料可让锂电池可承受五倍的安全充电电流新型电极材料可让锂电池可承

德克萨斯州农工大学（Texas A&M）的一支研究团队，想到了将碳纳米管掺入锂金属电池的电极中，以实现更高、更安全的充电。该校工程学院的科学家们，将研究重点放在了电池架构的改良上。据悉，传统锂电池中的锂离子会在充放电过程中于两极之间来回移动，其中阳极材料通常由石墨和铜的混合物制成。

文章图片

新型电极（来自：Texas A&M / Juran Noh）
这项研究是在德克萨斯农工大学的工程学院进行的，研究的重点是具有巨大潜力的电池架构。当传统的锂离子电池充电和放电时，锂离子在阴极和阳极之间来回移动，后者通常由石墨和铜的混合物制成。
不过研究团队发现，使用纯锂金属，可能是一种更好的选择。其不仅提供了很高的能量密度（容量达到普通锂离子电池的十倍），还可让充电过程更快、更安全。

其实在去年的一项研究中，锂金属阳极已被描述为‘打破当前锂离子化学反应的能量密度瓶颈’的一个关键。但横亘在研究人员面前的，依然有枝晶（dendrites）这个障碍。
由于锂离子分布不均匀，这些树状结构会堆积在阳极表面。随着枝晶的生长，它们可能刺破电芯，导致电池快速失去能量、甚至短路起火

好消息是，德克萨斯农工大学的研究团队，已经找到了超轻且高导电性的碳纳米管解决方案。其设计与 2018 年的另一项研究相仿，即采用碳纳米管薄膜来抑制枝晶的生长。

文章图片

研究配图（来自：Nano Letters）
在锂金属电池的阳极上，研究团队使用碳纳米管构建了三维多孔支架，并在上面绑有可与锂离子结合的分子。
通过一系列实验来确认分子结合的浓度，研究团队最终敲定了可避免枝晶在其表面上堆积的新型电池阳极。

研究作者 Juran Noh 表示：在拥有适量结合分子的情况下，我们可在某些位置将碳纳米管支架‘解压缩’，使得锂离子穿过并结合于支架的整个表面，而不是在外部堆积。
得益于这种均匀且安全的分布，锂金属电池可承载更大、更安全的电流（阳极载流为传统锂电池的五倍），不仅能量密度更高、还可在更短的时间内完成充电。

有关这项研究的详情，已经发表在近日出版的《纳米快报》（Nano Letters）上。
【科学探索|新型电极材料可让锂电池可承受五倍的安全充电电流】_本文原题是为《Understanding of Lithium Insertion into 3D Porous Carbon Scaffolds with Hybridized Lithiophobic and Lithiophilic Surfaces by In-Operando Study》。