石墨烯塗層可以幫助製造更高能量密度的鋰離子電池

2020-12-02 騰訊網

美國西北大學和克萊姆森大學的研究人員與韓國世宗大學的研究人員一起研究了高能量密度LIB正極材料降解的根源，並開發了基於石墨烯的策略來減輕這些降解機理並改善LIB性能。

他們的研究對於許多新興應用而言可能是有價值的，尤其是電動汽車和用於風能和太陽能等可再生能源的電網級儲能。

作者Mark Hersam說：「 LIB中的大多數降解機制都發生在與電解質接觸的電極表面上。」 「我們試圖了解這些表面的化學性質，然後制定使降解最小化的策略。」

研究人員選擇表面化學表徵作為識別和最小化NCA（鎳，鈷，鋁）納米顆粒合成過程中殘留的氫氧化物和碳酸鹽雜質的策略。他們意識到，LIB正極表面首先需要通過適當的退火來製備，該過程是將正極納米顆粒加熱以去除表面雜質，然後通過原子層厚度的石墨烯塗層將其鎖定為所需的結構。

石墨烯塗覆的NCA納米粒子被配製成LIB正極，顯示出最高的電化學性能，包括低阻抗，高倍率性能，高體積能量和功率密度以及長循環壽命。石墨烯塗層還充當電極表面和電解質之間的屏障，從而進一步提高了電池壽命。

儘管研究人員認為單獨使用石墨烯塗層足以改善性能，但他們的研究結果表明，在應用石墨烯塗層之前，對正極材料進行預退火以優化其表面化學性質非常重要。

雖然這項工作集中在富鎳的LIB陰極上，但該方法可以推廣到其他能量存儲電極，例如鈉離子或鎂離子電池，這些電極結合了具有高表面積的納米結構材料。因此，這項工作為實現高性能，基於納米粒子的儲能設備建立了一條清晰的道路。

Hersam說：「我們的方法還可用於提高LIB和相關儲能技術中負極的性能。」 「最終，您需要同時優化正極和負極，以實現最佳的電池性能。」

本文來源：eurekalert

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