石墨烯电池技术前沿盘点这次不炒作-第2页-北极星储能网

投稿

我要投稿

4美科学家将硅粒子装在石墨烯“笼子”里，提升硅-锂离子阳极

硅材料制成的锂离子电池阳极的缺点是：阳极容易发生膨胀、破裂，甚至还会与电池电解液发生反应，形成影响电极性能的涂层。为此，美国斯坦福大学和美国能源部NLAC国家加速器实验室组成的科研团队设计了一个三步式的简单方法，将硅阳极粒子包裹在用石墨烯定制的“笼子”中，有望解决上述问题。

微观石墨烯笼子的尺寸设计非常完美，大小足以满足电池充电过程中硅粒子有足够的膨胀空间，但同时又足够紧凑，以便在粒子分离后总能汇拢在一起，这样就使电极能持续保持大容量。此外，柔性、强健的石墨烯笼子还能阻挡电极与电解液发生有害的化学反应。

团队的测试结果表明，石墨烯笼子有效提升了粒子的导电性，形成了高蓄电能力并提升了化学稳定性和效率。这种方法还可用于其他电极材料，并有望实现真正意义上的低成本、高能量密度的电池材料。为了确保石墨烯笼子发挥良好作用，需与硅粒子的尺寸完好匹配。

因此，科学家们设计了以下工序：

首先，对硅粒子涂覆适宜厚度的镍。

然后，在镍层之上生长了数层石墨烯。镍层的作用是用作促进石墨烯生长的催化剂。

最后，团队再将镍层刻蚀掉，在石墨烯笼子里留下足够的空间，以容纳硅粒子的膨胀。这些尺寸精准匹配的石墨烯笼子是保持电极高效运行的头道涂层，而且还可在相对较低的温度下完成一些化学反应。

据悉，利用这种新方法可采用直径更大的硅粒子，例如，可采用1~3微米或几百万分之一米的硅粒子，这种尺寸的硅粒子廉价、并可广泛获得。

事实上，团队采用的粒子与制备半导体芯片过程中研磨硅锭所产生的废料非常相似。而之前制备电池阳极时采用如此大直径的硅粒子根本无法达到良好性能。尽管相关工序还需进一步优化，但该研发还是被科学界视为是激动人心的成果。

5印度科学家新型锂离子电池阳极材料-钴+石墨烯气溶胶结构

金属氧化物具有替代锂离子电池中的石墨电极和锂合金阳极的潜能。氧化钴(CoO)具有较高的比容量和出色的循环稳定性，在这一领域的前景尤其好。然而，氧化钴粒子团聚性和体积膨胀大大限制了它作为阳极材料的应用。

印度科学教育和研究学院的科研团队将氧化钴融合到一种石墨烯水凝胶中，利用石墨烯水溶胶三维支撑稳定的机械性能，有效避免了体积膨胀问题。不仅如此，这种充分互联的混合材料还提升了导电性。

团队采用了一种水热技术(hydrothermaltechnique)，首先制备了一些质地均匀的微结构(外形为有趣的玫瑰状)。然后，再将这种结构固定在还原的氧化石墨烯片层上，以便融于一种石墨烯水溶胶中。

与通常锂离子电池阳极材料相比，这种氧化钴-石墨烯水溶胶材料表现出超级好的电化学性能。氧化钴的独特外形以及它们与还原氧化石墨烯的交错结构，缩短了锂离子扩散的距离，也避免了在锂化反应/去锂化反应过程中由于体积膨胀造成的一些普遍问题。

结语

根据相关预测，全球锂离子电池市场到2020年有望增长到650亿万美元，到2025年增长到1300亿美元。市场增长动力主要源自对更好储能系统的需求以及在电动车、消费者电子(智能手机、平板电脑、笔记本电脑等)和可再生能源方面的应用，世界许多国家都在开展石墨烯用于电池领域的研究，以便抢夺技术先机。

美国能源部向其石墨烯制备企业XGScienc?es提供专项科研经费，资助该公司一种低成本硅-石墨烯复合材料阳极的研发，目标是使锂离子电池的能量密度达到350Wh/kg，循环性能提升到1000个充电周期。

马来西亚石墨烯公司——Gra?pheneNanoChem与SyncR&D达成协议，共同研发用于电动公交车的新一代石墨烯增强型锂离子电池，该项目的目标是到2020年，行驶在公路上的电动公交车达到2000辆，电动汽车达到10万辆。世界各国在石墨烯用于锂离子电极材料的创新研究还有很多，这里不再逐一列举。

国内的相关企业可借鉴国外的相关经验，充分利用石墨烯独特的优异性能，以问题为导向，通过“石墨烯+”，早日实现产业改造升级，抢占这一领域的战略制高点。

原标题：石墨烯电池技术前沿盘点这次不炒作

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

订阅北极星周刊，精彩内容不再错过！

特别声明：北极星转载其他网站内容，出于传递更多信息而非盈利之目的，同时并不代表赞成其观点或证实其描述，内容仅供参考。版权归原作者所有，若有侵权，请联系我们删除。

凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创，转载需获授权。

阅读下一篇

比亚迪股东大会干货：与乘用车大品牌在谈动力电池外销进入实质性阶段

锂离子电池查看更多>石墨烯材料查看更多>电极材料查看更多>