鋰離子電池使移動(dòng)電子技術(shù)發(fā)生了革命性變變嗎？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-05-04 15:08
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鋰離子電池使移動(dòng)電子技術(shù)發(fā)生了革命性變革，并且正在新能源設(shè)備等方面上投入使用，但是壽命和電力的進(jìn)一步改善將需要新技術(shù)。一種選擇是鋰金屬電池，其持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，充電速度更快，但這種技術(shù)存在問(wèn)題。被稱為枝晶的鋰沉積物傾向于在陽(yáng)極上生長(zhǎng)，潛在地造成短路，這可能導(dǎo)致電池失效、著火或爆炸。
現(xiàn)在，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)、和中國(guó)高壓科學(xué)技術(shù)研究中心的研究人員已經(jīng)設(shè)計(jì)了一種基于碳同素異形體的薄膜分離器。被稱為石墨二炔（graphdiyne），用作鋰離子的過(guò)濾器并防止枝晶生長(zhǎng)[Shang等人，Material.10（2018）191-199]。
鋰金屬電池在概念上與鋰離子電池相似，但依賴于鋰金屬陽(yáng)極。在放電過(guò)程中，鋰金屬陽(yáng)極通過(guò)外部電路向陰極提供電子。然而，在充電時(shí)，鋰金屬沉積在陽(yáng)極上。正是在這個(gè)過(guò)程中，不受歡迎的樹(shù)突可以形成。
這就是分離器膜進(jìn)入的地方。由超薄(10nm)石墨二炔(一種由丁二炔鏈橋接的二維碳原子六邊形單層)制成的薄膜分離器具有一些顯著的性能。石墨二炔不僅同時(shí)具有彈性和堅(jiān)固性，其化學(xué)結(jié)構(gòu)還形成均勻的多孔網(wǎng)，使得每個(gè)孔只允許一個(gè)鋰離子通過(guò)。這調(diào)節(jié)離子通過(guò)膜的運(yùn)動(dòng)，使得離子的擴(kuò)散高度均勻。重要的是，電池的這種特性有效地抑制了鋰枝晶的生長(zhǎng)。
領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所的李玉良解釋說(shuō)：“抑制鋰枝晶可以穩(wěn)定固體電解質(zhì)界面，從而提高器件的壽命和庫(kù)侖效率。”它可以避免樹(shù)枝狀的短路，從而提高電池的安全性。
研究人員認(rèn)為，石墨二炔薄膜可以克服鋰和其他堿金屬電池目前面臨的一些棘手的問(wèn)題。
“石墨二炔是一種具有超共軛結(jié)構(gòu)、固有帶隙、天然大孔結(jié)構(gòu)和半導(dǎo)體性能的理想材料，這顯示了解決該領(lǐng)域重大科學(xué)問(wèn)題的巨大前景，”李說(shuō)。
二維材料在普通實(shí)驗(yàn)室條件下也很簡(jiǎn)單，易于生產(chǎn)。
“雖然需要更多的努力來(lái)提高大規(guī)模石墨二炔膜的質(zhì)量，但我們認(rèn)為石墨二炔可能會(huì)給鋰電池的安全性帶來(lái)一些重大突破，”研究人員告訴記者。
