用石墨烯包裹鋰電池陰極能防止電池起火？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-10-07 14:45
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據(jù)國外媒體報道，鋰電池可以使電動汽車行駛里程達(dá)到數(shù)百英里，儲能能力是眾所周知的，但這種電池的風(fēng)險也是眾所周知的。電池工人稱這種現(xiàn)象為“熱失控”（即電池積聚的熱量過多）。當(dāng)電池過熱或快速循環(huán)時，最常發(fā)生火災(zāi)事故。隨著每年越來越多的電動汽車上路，電池技術(shù)也需要發(fā)展，以減少危險和災(zāi)難性火災(zāi)事故的可能性。
芝加哥伊利諾伊大學(xué)芝加哥工程學(xué)院伊利諾伊大學(xué)的研究人員發(fā)布了一份研究報告，認(rèn)為21世紀(jì)的石墨烯這種神奇材料可以從鋰離子電池點火過程中吸收氧氣，從而降低火災(zāi)風(fēng)險。
鋰電池由于快速的電池循環(huán)或充放電，以及電池內(nèi)積聚的高溫而起火。這些條件會導(dǎo)致電池內(nèi)的陰極（在大多數(shù)情況下，陰極是含鋰的氧化物，通常是鋰鈷氧化物）分解和釋放氧氣。電解液在高溫下會分解并釋放出易燃物。如果氧氣與這種易燃物結(jié)合，就會發(fā)生自燃。
“我們相信，如果有一種方法可以防止陰極釋放的氧氣與電池中的其他可燃物相結(jié)合，我們就可以減少火災(zāi)的可能性，”工程技術(shù)學(xué)院機(jī)械與工業(yè)工程副教授、通訊作者Reza Shahbazian Yassar說。在報紙上。
結(jié)果表明，石墨烯材料是理想的溶液，石墨烯是一種具有獨(dú)特性質(zhì)的超薄碳原子層。Shahbazian Yassar和他的同事以前曾使用石墨烯來調(diào)節(jié)鋰在鋰金屬電池電極上的蓄積。
Shahbazian Yassar和他的同事們知道氧原子不能從石墨烯層泄漏。此外，石墨烯具有強(qiáng)度高、柔韌性好、導(dǎo)電性好等優(yōu)點。他們認(rèn)為，如果用石墨烯將鋰鈷陰極的小顆粒包裹在鋰電池中，就可以防止氧氣逸出。
首先，研究人員對石墨烯進(jìn)行化學(xué)改性，使其具有導(dǎo)電性。接下來，他們用導(dǎo)電石墨烯包裹鋰鈷陰極電極的微粒。當(dāng)研究人員使用電子顯微鏡觀察石墨烯包覆的鋰鈷粒子時，他們發(fā)現(xiàn)高溫下釋放的氧氣明顯少于石墨烯包覆的粒子。
接下來，研究人員將石墨烯涂層粒子與鍵合材料結(jié)合起來，形成一個陰極，整合到鋰金屬電池中。當(dāng)研究人員測量電池循環(huán)期間的氧氣釋放量時，他們發(fā)現(xiàn)即使在非常高的電壓下，幾乎沒有氧氣從陰極逸出。即使經(jīng)過200次充放電循環(huán)，鋰金屬電池仍然表現(xiàn)良好。
Sharifi Asl說：“與傳統(tǒng)的鋰金屬電池相比，石墨陰極鍍膜電池在快速循環(huán)后僅失去約14%的容量，而在相同條件下，傳統(tǒng)的鋰金屬電池的性能下降了約45%。
Shahbazian Yassar說：“石墨烯是防止氧氣進(jìn)入電解質(zhì)的理想材料。該材料是不透氧的、導(dǎo)電的、柔性的、高強(qiáng)度的，并且能夠承受電池的內(nèi)部條件。而且它只有幾納米厚，所以不會提高電池的質(zhì)量。我們的研究表明，石墨烯在陰極中的使用可以減少氧氣釋放，這可能大大降低電池起火的危險，而這種電池為手機(jī)和汽車提供動力。
