隨著電動(dòng)汽車供應(yīng)量不斷擴(kuò)大，市場(chǎng)對(duì)二次電池的需求也開(kāi)始激增，這也意味著對(duì)可快速充電且容量更大的下一代二次電池的需求也開(kāi)始不斷上漲。
用鋰金屬代替鋰離子陽(yáng)極材料石墨的鋰金屬電池，理論上可以實(shí)現(xiàn)比鋰離子電池高10倍的容量。然而，由于在充放電過(guò)程中鋰表面會(huì)產(chǎn)生晶體突起，隔膜會(huì)撕裂，存在耐久性和安全性問(wèn)題，因此尚未實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。
據(jù)外媒報(bào)道，韓國(guó)光州科技研究院（Gwangju Institute of Science and Technology，GIST）與由韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究院（Korea Institute of Science and Technology，KIST）宣布合作開(kāi)發(fā)出提高鋰耐久性的技術(shù)。該技術(shù)使用碳纖維紙為正極材料，可將鋰金屬電池性能提升三倍以上。其最新研究成果已被發(fā)表在了《先進(jìn)能源材料》雜志上。
GIST的研究團(tuán)隊(duì)由其材料科學(xué)與工程學(xué)院KwangSup Eom教授領(lǐng)導(dǎo)，而KIST的研究團(tuán)隊(duì)由其全北先進(jìn)復(fù)合材料研究所碳復(fù)合材料研究中心主任Sungho Lee領(lǐng)導(dǎo)。
具體而言，該研究小組用聚合物粘合劑制備了碳纖維，并使用了注入鋰金屬的3D框架。據(jù)悉，這種碳纖維紙?jiān)诙烫祭w維上用無(wú)定形碳和碳酸鈉的無(wú)機(jī)納米粒子進(jìn)行了表面處理，具有對(duì)鋰友好的特性，而且可以防止鋰枝晶的急劇生長(zhǎng)。
研究人員表示，由于使用了全新碳纖維紙，該團(tuán)隊(duì)制造出了耐久性比銅薄膜高出三倍的鋰金屬電池。據(jù)稱，銅薄膜大約在100次充/放電循環(huán)后就會(huì)發(fā)生短路，但新開(kāi)發(fā)的碳纖維紙即使在300次或更多次循環(huán)后仍表現(xiàn)出穩(wěn)定的性能，并保有初始容量的85%。
此外，使用銅薄膜的鋰金屬電池的能量密度從240 Wh/kg提高到428 Wh/kg，提高了約1.8倍。此外，研究團(tuán)隊(duì)預(yù)計(jì)可以簡(jiǎn)化電極制造過(guò)程，因?yàn)槿刍匿嚂?huì)迅速吸收到碳纖維紙中。
KwangSup Eom教授表示：“這項(xiàng)研究成果的最大意義在于，即使對(duì)比銅輕得多的碳纖維進(jìn)行簡(jiǎn)單的表面處理，也可以確保作為鋰金屬陽(yáng)極集電體的足夠穩(wěn)定性。該技術(shù)有望在未來(lái)為高能量鋰金屬電池的商業(yè)化做出貢獻(xiàn)。”
