研究人员通过添加石墨烯梁使锂离子电池寿命延长一倍

华威制造集团的研究人员在锂离子电池阳极中用硅树脂取代石墨迈出了一大步。通过添加石墨烯梁，科学家设法克服了硅中固有的性能问题 - 硅是地壳中第二丰富的元素，其重量是石墨的重量能量密度的十倍 - 从而提高了电池的容量，并延长了其寿命。双。

在典型的锂离子电池中，硅受到容量衰减的困扰。由于其在锂化时的体积膨胀，硅颗粒可以以阻碍进一步充电 - 放电效率的方式电化学聚集。

由于硅在本质上不具有足够的弹性以在重复充电时应对锂化应变，这可能导致阳极复合微结构的破裂，粉化和快速物理降解。

然而，英国华威大学的研究人员发现了一种新的阳极混合物，它可以在工业规模上制造，而不需要求助于硅的纳米尺寸及其相关问题。

分离和操作几个连接的石墨烯层为研究人员提供了几层石墨烯(FLG)材料。

根据这项题为“硅 - 少层石墨烯(FLG)复合电极系统的相位相关阻抗研究”的研究，发表在Nature Scientific Reports上，FLG材料可以显着提高用于阳极的较大微米级硅颗粒的性能。

因此，研究人员创造了阳极，它是60%微硅颗粒，16%FLG，14%钠/聚丙烯酸和10%碳添加剂的混合物，然后检查了性能(以及材料结构的变化) 100次充放电循环。

注意到FLG薄片增加了材料的弹性和拉伸性能，大大减少了锂化过程中硅的物理膨胀造成的损害，Melanie Loveridge博士是该研究的负责人，也是该大学WMG的高级研究员沃里克说，“更重要的是，这些FLG薄片在保持硅颗粒之间的分离程度方面也非常有效。每个电池充电周期增加了硅颗粒彼此电化学焊接的机会。

“这种增加的聚集逐渐减少和限制电解质进入电池中的所有颗粒并阻碍锂离子的有效扩散，这当然会降低电池的寿命和功率输出。WMG沃里克大学测试的混合物中FLG的存在使研究人员假设这种现象在减轻电化学硅融合方面非常有效。“

该研究团队已经开始进一步开展这一成就的工作，该项目由Varta Micro-innovations领导的两年项目，以及剑桥大学，CIC，Lithops和IIT(理工学院)进入硅/石墨烯的前​​工业生产复合材料和加工成锂离子电池，用于高能量和高功率应用。

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