研究人員將膠帶變成薄膜取代鋰金屬電池陽極 提升鋰金屬電池性能
時間:2020-08-12 12:38來源:蓋世汽車 作者:余秋云
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（圖片來源：萊斯大學）
據外媒報道，美國萊斯大學（Rice University）的化學家James Tour與同事將膠帶變成了硅氧化物薄膜，取代鋰金屬電池中的陽極。
在該項研究中，研究人員利用紅外激光切割器將商用膠帶上的硅基粘合劑變成了多孔氧化硅涂層，與膠帶聚酰亞胺襯底中的少量激光誘導石墨烯混合。此種具有保護作用的氧化硅層直接在現有電池的集電器上形成。
Tour表示，此前曾嘗試生產激光誘導石墨烯獨立薄膜，因此產生了利用膠帶的想法。與純聚酰亞胺薄膜不同，該膠帶不僅能從聚酰亞胺襯底產生激光誘導石墨烯，還能夠在粘合劑所在的地方產生半透明的薄膜，從而引發了研究人員的好奇心以及進一步的實驗。
研究人員將膠帶黏在一個銅制電流集電器上，并多次涂擦，以迅速將溫度提高至2300開氏度（3680華氏度），從而形成了一種多孔涂層，主要由硅和氧組成，并與少量石墨烯形式的碳結合在一起。
在實驗中，此種泡沫型薄膜在吸收和釋放鋰金屬的同時，不會形成能夠導致電池短路和起火的枝晶。研究人員注意到，在電池使用裸露的集電器進行充放電循環時，鋰金屬容易迅速降解，但在涂有激光誘導氧化硅（LI-SiO）的陽極中沒有觀察到該問題。
研究人員表示：“在傳統的鋰離子電池中，在充電時，鋰離子會插入到石墨烯結構中，電池放電時，則會斷開插入。當使用全部石墨烯時，需要6個碳原子來存儲一個鋰原子。但是在鋰金屬陽極中，沒有使用石墨烯。在電池放電時，鋰原子直接從金屬陽極表面穿梭而出。如果可以解決安全和性能問題，鋰金屬陽極被認為是未來電池研發的關鍵技術。”
鋰金屬陽極的容量比傳統的石墨烯鋰離子電池高10倍，但是缺少石墨烯的鋰金屬電池通常會采用過多的鋰金屬來補償陽極表面氧化造成的損失。研究人員表示：“當陽極上沒有過量的鋰金屬時，通常就會快速降解，產生循環壽命非常有限的電池。不過，從好的一面來看，此種無陽極的電池會更輕、性能更好，只是使用壽命很短。”
研究人員指出，與沒有過量鋰金屬的電池相比，激光誘導氧化硅電池的壽命增加了2倍。此種覆有激光誘導氧化硅涂層的電池充放電循環次數可達60次，同時保持著70%的容量。Tour表示，這可以讓鋰金屬電池適用于戶外探險的高性能電池，或者在農村地區短期停電時，用作高容量存儲電池。
只需要采用標準的工業激光器就可實現大規模生產，此種方法速度快，不需要溶劑，可以在室溫和室溫以下的溫度條件下進行。此外，該項技術還可以制造出支持金屬納米顆粒、保護性涂層和過濾器的薄膜。
(責任編輯：子蕊)
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