胶带可以提高锂电池的性能和寿命

事情变得棘手的地方恰好是莱斯大学实验室致力于改进电池技术的有趣科学发生的地方。

莱斯大学化学家詹姆斯·图尔和他的同事们使用类似于开发激光诱导石墨烯的技术，将胶带变成了氧化硅薄膜，取代了锂金属电池中麻烦的阳极。

研究人员使用红外激光切割机将商用胶带的硅基粘合剂转化为多孔的氧化硅涂层，并与胶带聚酰亚胺衬底上的少量激光诱导石墨烯混合。保护氧化硅层直接形成在电池的电流收集器上。

提高电池性能

图尔说，使用胶带的想法来自于之前生产激光诱导石墨烯独立薄膜的尝试。与纯聚酰亚胺薄膜不同，这种胶带不仅从聚酰亚胺衬底产生了激光诱导的石墨烯，而且在粘合剂所在的位置产生了半透明薄膜。这引起了研究人员的好奇心，并引发了进一步的实验。

当他们把胶带粘在一个铜电流收集器上，并多次激光，迅速将其温度提高到3680华氏度时，就形成了这一层。这产生了一种多孔涂层，主要由硅和氧组成，并以石墨烯的形式与少量碳结合。

在实验中，这种泡沫薄膜似乎能吸收并释放金属锂，而不会形成树晶，而树晶会导致电池短路，并有可能引发火灾。研究人员指出，在使用裸电流收集器的电池充放电循环过程中，金属锂往往会快速降解，但在涂有激光诱导氧化硅(LI-SiO)的阳极中没有观察到这样的问题。

锂离子性能，性能

“在传统的锂离子电池中，锂离子在充电时嵌入石墨结构中，在电池放电时脱离石墨结构，”主要作者、莱斯大学研究生陈伟音说。“当使用石墨的全部容量时，六个碳原子用来存储一个锂原子。

“但在锂金属阳极中，不使用石墨，”他说。“当电池放电时，锂离子直接从金属阳极表面穿梭。一旦锂金属阳极的安全性和性能问题得到解决，就被认为是未来电池发展的关键技术。”

锂金属阳极的容量比传统的石墨锂离子电池高10倍。然而，图尔说，缺乏石墨的锂金属电池通常使用过量的金属锂来弥补阳极表面氧化造成的损失。

“当阳极中没有多余的锂金属时，它们通常会快速降解，产生的电池循环寿命非常有限，”图尔实验室的学术访问者罗德里戈·萨尔瓦蒂拉(Rodrigo Salvatierra)说。“好的一面是，这些‘无阳极’电池变得更轻，提供更好的性能，但代价是寿命较短。”

研究人员指出，LI-SiO的电池寿命是其他零过剩锂金属电池的三倍。锂硅涂层电池在保持70%容量的情况下可进行60次充放电循环。

图尔说，这可能使锂金属电池适用于户外探险的高性能电池，或适用于农村地区短期停电的大容量存储。

使用标准的工业激光器可以使工业大规模生产。图尔说，这种方法快速，不需要溶剂，可以在室温和室温下进行。他说，该技术还可以生产支持金属纳米颗粒的薄膜，保护涂层和过滤器。

-副主编克里斯·瓦夫拉编辑，控制工程， CFE媒体与技术，cvavra@cfemedia.com．

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