鋰電池在使用過程中會產(chǎn)生枝晶，枝晶斷裂不僅會導(dǎo)致電池容量衰減，壽命打折，還可能刺透隔膜使電池短路起火引發(fā)安全問題。南開大學(xué)梁嘉杰、陳永勝教授課題組與江蘇師范大學(xué)賴超課題組合作提出了解決這一問題的新優(yōu)化策略，成功制備了具有多級結(jié)構(gòu)的銀納米線—石墨烯三維多孔載體，并負載金屬鋰作為復(fù)合負極材料。這一載體可抑制鋰枝晶產(chǎn)生，從而可實現(xiàn)電池超高速充電，有望大幅延長鋰電池“壽命”。

近年來，世界各國有不少相關(guān)研究在鋰負極材料的設(shè)計合成上取得重要突破，但至今仍無法抑制金屬鋰在大電流密度充放電下枝晶產(chǎn)生以及電極體積膨脹的問題，因此鋰電池的長壽命、大容量“快充快放”依然難以逾越。

“把金屬鋰沉積到具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的多孔集流體中構(gòu)建金屬鋰復(fù)合負極材料，是目前解決上述困難的有效途徑之一。”梁嘉杰介紹說?；诖苏J識，課題組首次提出實現(xiàn)超高電流密度及超長循環(huán)壽命的理想金屬鋰負極三維載體材料選擇及優(yōu)化策略。他們利用石墨烯宏觀體三維網(wǎng)絡(luò)作為機械骨架，銀納米線二維網(wǎng)絡(luò)作為導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，通過低成本、與工業(yè)化生產(chǎn)相兼容的涂布—冷干法，制備具有多級結(jié)構(gòu)的銀納米線—石墨烯三維多孔載體，并負載金屬鋰作為金屬鋰復(fù)合負極材料。

經(jīng)測試，該金屬鋰復(fù)合負極材料的比容量可達2573mAh/g；對稱電池測試中，首次實現(xiàn)了在極高電流密度40mAh/cm2下反復(fù)充放電1000周以上，并且過電勢低于120毫伏。通過電鏡觀察可以看到，該多級三維結(jié)構(gòu)載體即使在極大電流充放電的循環(huán)條件下，仍能成功抑制金屬鋰負極中鋰枝晶生長以及電極體積變化。利用所有這些抽象的數(shù)字和圖表，在太陽能路燈的特定情況下，很難完全掌握鉛和鋰電池之間的差異的影響。讓我們用一個案例研究來關(guān)注鋰電池對太陽能路燈性能和成本的影響。考慮我們配置100Wp太陽能電池板，20W光源和1400Wh鋰電池。我們希望將電池使用2000個周期（5，5年），因此DoD不應(yīng)大于80％。這意味著有效電池容量為1400Wh * 80％= 1120Wh。因此，電池可以為燈具供電1120Wh / 20W = 56小時。該系統(tǒng)中的電池成本約為800歐元，可以安裝在色譜柱內(nèi)（地上或地下）。如果我們想使用深循環(huán)GEL電池，我們需要一個130Wp的太陽能電池板來補償周轉(zhuǎn)周期效率。采用深循環(huán)GEL電池，太陽能電池板的成本約為200歐元。此外，如果我們想要相同的2000周期壽命，我們應(yīng)該使用30％的DOD作為電池。這導(dǎo)致3700Wh的電池，在相同的有效容量和壽命下比鋰電池大2.7倍。如果我們正在尋找質(zhì)量好的電池。這已經(jīng)比鋰電池貴了，但這不是一切。由于尺寸較大，我們無法將鉛電池放入色譜柱內(nèi)，所以我們需要增加一個可以裝上電池的額外地下容器。。那么，為什么鉛電池通常看起來更便宜呢？答案很簡單; 在我們的示例中，我們將高品質(zhì)鋰電池與可比較的高品質(zhì)深循環(huán)電池進行了比較，具有相同的使用壽命和對周轉(zhuǎn)周期效率的補償。然而，大多數(shù)競爭對手提供更小的鉛電池 - 在這種情況下大約2400Wh。這意味著電池必須經(jīng)常更換2.7倍，此外，競爭對手不會補償周轉(zhuǎn)周期效率，這會導(dǎo)致燈具可用的電力減少。所有這些都導(dǎo)致初始價格降低，因此，盡管鋰電池的前期成本略高，但考慮到壽命和性能，真正的擁有成本遠遠低于鉛酸。這就是為什么我們只使用鋰; 我們寧愿收取路燈，而不是我們的客戶。在云南太陽能路燈市場中，云南太陽能路燈價格參差不齊，在云南太陽能路燈價格體系中尋求價格實惠，質(zhì)量保證的產(chǎn)品，才能更好的服務(wù)廣大人們?nèi)罕姟?/span>