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石墨烯或许能防止汽车应急启动电源内锂电池起火

来源:网络 点击: 发布时间:2019-05-05

锂电池的应用十分广泛,可用于我们日常生活中的各类数码产品,例如手机、手表、平板、笔记本电脑等等;也可应用于移动电源、汽车应急启动电源等应急产品;同样它也被应用于新能源汽车,可让电动汽车的续航里程达到几百公里。但是,锂电池起火风险也是人尽皆知的,因为锂电池起火引发的事故不在少数,电池人员将此类现象称为“热失控”(即电池积累过多热量)。当电池过热或是快速循环时,起火事故发生得最频繁。

锂电池起火的原因在于电池快速循环或充放电,以及电池内积聚的高温。上述情况会导致电池内部的阴极(大多数情况下,阴极都是含有锂的氧化物,通常是锂钴氧化物)分解并释放氧气。而电解质在高温下会分解释放出易燃品,如果氧气与此类易燃品相结合,就会发生自燃。

据外媒报道,美国伊利诺伊大学芝加哥工程学院(theUniversityofIllinoisatChicagoCollegeofEngineering)的研究人员发布了一份研究报告,表示21世纪的神奇材料——石墨烯,或许可以从锂离子电池着火时吸走氧气,从而降低起火风险。

伊利诺伊大学芝加哥工程学院机械和工业工程副教授RezaShahbazian-Yassar表示:“我们认为,如果有一种方法,可以防止阴极释放的氧气与电池内其他易燃品相结合,我们就可以降低起火的可能性。”

结果发现,石墨烯材料就是完美的解决方案,石墨烯是一种具有独特性质的超薄碳原子层。Shahbazian-Yassar与他的同事以前曾使用过石墨烯调节锂金属电池电极上积聚的锂。

Shahbazian-Yassar与他的同事都知道,氧原子无法从石墨烯片中渗出。此外,石墨烯还具有强度高、柔韧性好、可导电等优点。他们认为,如果用石墨烯将锂电池的钴酸锂阴极小颗粒包裹起来,就可能阻止氧气逸出。

首先,研究人员用化学方法改变了石墨烯,使其具有导电性。接下来,他们将钴酸锂阴极电极的微小颗粒包裹在导电的石墨烯中。当研究人员使用电子显微镜,观察被石墨烯包裹的钴酸锂颗粒时发现,与未包裹石墨烯的颗粒相比,在高温下,释放的氧气明显减少。

接下来,研究人员将被石墨烯包裹的颗粒与粘合材料相结合,形成了一个阴极,集成至锂金属电池中。当研究人员测量电池循环过程中氧气释放情况时发现,即使在非常高的电压下,也几乎没有氧气从阴极中逸出。即使在200次充放电循环之后,锂金属电池的表现仍然很好。

Sharifi-Asl表示:“与传统的锂金属电池相比,阴极包裹了石墨烯的电池在快速循环后仅损失了约14%的容量,而在相同条件下,传统锂金属电池的性能下降了约45%”。

Shahbazian-Yassar表示:“石墨烯是阻止氧气进入电解质的理想材料。该材料不透氧、可导电、具柔韧性,强度高,能够承受电池内部条件。而且其只有几纳米厚,因此不会额外增加电池的质量。我们的研究表明,在阴极中使用石墨烯可减少氧气的释放,可能是将电池起火风险显著降低的一种方法,而此类电池为手机和汽车提供动力”。

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