鋰合金/石墨烯“千層餅”開啟鋰電新時代

鋰合金/石墨烯“千層餅”開啟鋰電新時代

“市面上常用的鋰離子電池以石墨為負極，如果換成鋰金屬，其容量可增加10倍。然而鋰金屬太活潑，遇水易燃，生長枝晶會使電池短路，存在很大的安全隱患，距離真正應用還十分遙遠。”7月13日，美國斯坦福大學材料科學與工程系教授崔屹說起10日發(fā)表在《自然·納米技術》雜志上的成果時指出，科學家一直在尋找容量高、安全性能好的電池電極替代品。近日，他們課題組研發(fā)出一種鋰合金/石墨烯箔片負極，該負極的容量接近鋰金屬的理論體積容量，且具有優(yōu)異的安全特性。

　　論文共同第一作者、斯坦福大學博士生趙婕告訴科技日報記者，將緊密堆積的鋰合金納米粒子包裹在大片的石墨烯片層中，可制備出鋰合金/石墨烯“千層餅”。由于鋰合金本身即是體積最大的狀態(tài)，且被局限在導電性高、化學穩(wěn)定性好的石墨烯“餅”中，避免了合金負極的體積膨脹和鋰金屬負極的枝晶生長問題。該“千層餅”還可與高容量硫正極組裝成高效、穩(wěn)定、壽命長的電池，大大增加電池的能量密度和安全性能。

　　論文共同第一作者、斯坦福大學博士后周光敏進一步指出，鋰金屬負極在空氣中非常不穩(wěn)定，已報道的各種包裹策略并不能徹底解決這個問題。而在這種“千層餅”結構中層層疊疊的大片石墨烯緊密包裹住活潑的鋰合金，起到了疏水和隔氣的作用，使得該富鋰負極具有良好的空氣穩(wěn)定性。

　　崔屹表示，憑借其高容量、優(yōu)異的循環(huán)性能和安全特性，該鋰合金/石墨烯箔片不僅在傳統(tǒng)的鋰離子電池中有應用前景，而且有望作為鋰金屬負極替代者應用于下一代鋰/空氣、鋰/硫電池中。

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