锂金属电池有望“弯道超车”!就靠一张“碳纤维纸”……
原创
2023-03-28 15:21 星期二
财联社 黄君芝
据报道,一组来自韩国的科学家用碳纤维纸替代了通常用于形成锂金属阳极结构的铜箔,将锂金属电池的寿命提升了三倍以上,能量密度也是使用锂金属的1.8倍。

财联社上海3月28日讯(编辑 黄君芝)将金属锂集成到锂离子电池中,以取代目前常用的石墨作为负极材料,将是储能技术的重大进步,也可能会使电池容量和性能有很大的飞跃。

然而,金属锂是一种很难处理的材料,在电池充放电循环过程中容易形成“枝晶”,会导致电池短路、起火,并最终报废。这一瓶颈限制了它的发展。有鉴于此,科学家们一直都在寻求各种策略来克服金属锂带来的挑战。

近期,光州科学技术院和韩国全北国立大学领导的一个小组提出了一种颇具前景的解决方案。该小组用碳纤维纸替代了通常用于形成锂金属阳极结构的铜箔,将锂金属电池的寿命提升了三倍以上。其最新研究成果已被发表在了《先进能源材料》杂志上。

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具体而言,该研究小组用聚合物粘合剂制备了碳纤维,并使用了注入锂金属的3D框架。据悉,这种碳纤维纸在短碳纤维上用无定形碳和碳酸钠的无机纳米粒子进行了表面处理,具有对锂友好的特性,而且可以防止锂枝晶的急剧生长。

研究人员表示,由于使用了全新碳纤维纸,该团队制造出了耐久性比铜薄膜高出三倍的锂金属电池。据称,铜薄膜大约在100次充/放电循环后就会发生短路,但新开发的碳纤维纸即使在300次或更多次循环后仍表现出稳定的性能,并保有初始容量的85%。

此外,使用碳纤维纸的锂金属电池的能量密度也从240 Wh/kg提高到428 Wh/kg,是原本的1.8倍左右。该团队表示,他们计划继续研究这种方法,这可能为将锂金属集成到能源存储中提供一种简化的解决方案。

韩国科学技术研究院(KIST)碳复合材料研究中心负责人Sung-Ho Lee表示:“考虑到碳纤维的密度和成本只有铜的1/5,我们提出的负极材料是一项重要成就,可以加速耐用和轻质锂金属电池的商业化。”

“我们相信,我们的先进策略与之前报道的技术都不同,例如在电解质中添加新型和有毒的添加剂,以及使用复杂的方法对其进行改性。新技术将能够实现具有出色电化学性能、且高度稳定的锂金属电池,并将其应用于实际储能领域,以取代传统的锂离子电池。”他补充说。

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