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粘性钻头可以制成更好的电池

  • 科学
  • 2020-07-15 09:06:58
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赖斯大学实验室致力于改善电池技术的事情发生在棘手的地方。

赖斯化学家詹姆斯·图尔(James Tour)和他的同事们使用类似于他们用来开发激光诱导石墨烯的技术,将胶带变成了氧化硅膜,代替了锂金属电池中麻烦的阳极。

对于高级材料研究,研究人员使用红外激光切割机将商用胶带的有机硅基粘合剂转换成多孔氧化硅涂层,并与胶带的聚酰亚胺背衬中的少量激光诱导的石墨烯混合。保护性氧化硅层直接在电池的集电器上形成。

Tour说,使用胶带的想法来自先前的尝试,以生产激光感应石墨烯的自支撑膜。与纯聚酰亚胺薄膜不同,该胶带不仅从聚酰亚胺背衬上产生了激光诱导的石墨烯,而且还产生了粘合剂所在的半透明薄膜。这引起了研究人员的好奇,并导致了进一步的实验。

当他们将胶带粘贴到铜集电器上并多次发射激光以迅速将其温度升至2,300开尔文(3,680华氏度)时,形成了该层。这产生了主要由硅和氧组成的多孔涂层,以及少量石墨烯形式的碳。

在实验中,泡沫膜似乎吸收并释放了锂金属,而没有形成树枝状晶体(尖峰),这些树枝状晶体会短路电池并可能引起火灾。研究人员指出,在裸露的集电器的作用下,锂金属倾向于在电池的充电和放电周期中快速降解,但是在涂有激光感应氧化硅(LI-SiO)的阳极中未观察到此类问题。

赖斯研究生的主要作者陈伟银说:“在传统的锂离子电池中,锂离子在充电时会嵌入石墨结构,并在电池放电时脱嵌。”“当使用石墨的全部容量时,六个碳原子用于存储一个锂原子。

他说:“但在锂金属阳极中,不使用石墨。”“随着电池放电,锂离子直接从金属阳极的表面穿梭。一旦解决了锂金属阳极的安全性和性能问题,它们就被认为是未来电池开发的关键技术。”

锂金属阳极的容量是传统石墨-锂离子电池的10倍。Tour说,但是不含石墨的锂金属电池通常使用过量的锂金属来补偿阳极表面氧化引起的损耗。

“当阳极中多余的锂金属为零时,它们通常会快速降解,从而产生循环寿命非常有限的电池,”合著者,实验室研究人员Rodrigo Salvatierra说。“从好的方面来说,这些'无阳极'电池变得更轻并提供更好的性能,但寿命短。”

研究人员指出LI-的SiO三倍电池比其它零过量锂金属电池的寿命。涂有LI-SiO的电池可进行60次充放电循环,同时保留其70%的容量。

图尔说,这可能使锂金属电池适合用作户外探险的高性能电池,或适合农村地区短期停运的大容量存储。

使用标准的工业激光器应可使工业扩大规模以进行大面积生产。Tour说,该方法快速,不需要溶剂,并且可以在室温和室温下完成。他说,这项技术还可以生产薄膜来支撑金属纳米颗粒,保护涂层和过滤器。

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