石墨烯基锂离子电池

实际上，锂离子电池充放电速度是由锂离子在电极中的传输和脱嵌速度来决定，石墨烯具有优异的电子和离子传导性能及特殊的二维单原子层结构，可在电极材料颗粒间构成三维电子和离子传输网络结构，石墨烯材料如果能成功的应用在锂离子电池中，可大幅度提升锂离子电池充放电速度，实现电池技术的巨大突破，并将推动新能源产业实现跃进式发展。

英国华威大学WMG（华威制造集团）的研究人员已经开发出硅 - 少层石墨烯（Si-FLG）复合电极作为替代锂离子电池阳极中的石墨的有效方法。石墨烯桁材在加强硅阳极结构、循环性、电极电阻和扩散性方面得到显着改善。《Scientific Report》发表了一篇关于其工作的开放式论文。

尽管硅作为十分充足的地壳元素，是传统石墨能量密度的十倍，但是一些性能问题仍然限制其商业开发。由于锂化时的体积膨胀，硅粒子可能会阻碍进一步的充电——放电效率的方式电化学聚集。

硅在反复充电时也不具有足够的弹性以应付锂化应变，导致阳极复合材料微结构的开裂，粉碎和快速物理降解。这导致容量衰减以及阴极降解。

许多方法试图克服这些问题，包括使用具有微米尺寸石墨烯的纳米尺寸/结构化硅颗粒。但是，这并不令人满意。使用纳米尺寸的硅颗粒显着增加了可用的反应的比表面，这导致在第一次充电循环期间在硅上沉积更多的锂，从而在硅和电解质之间形成固体电解质相界面势垒，并且因此大大减少了锂存量以及电池的使用寿命。

这个锂层也继续在硅上生长，所以锂损失变得连续。结合其他材料（例如不同尺寸的石墨烯）的其他方法已被认为不适用于大规模生产。

由沃里克大学WMG的Melanie Loveridge博士领导的这项新研究发现并测试了一种新的硅阳极混合物和一种化学修饰的石墨烯，可以解决这些问题并创造出可行的硅阳极锂离子电池。这种方法可以在工业规模上进行制造，而不需要求助于纳米尺寸的硅及其相关问题。

石墨烯是单一的，一个原子层的矿物石墨（碳的同素异形体）。 然而，也可以分离和操纵几个连接的石墨烯层，材料研究人员称为少层石墨烯（FLG）。

以前的研究已经测试了使用纳米级硅的FLG，但是这项新的研究发现，FLG还可以改善用于阳极的较大尺寸的硅微粒的性能。这种混合物可以显着延长锂离子电池的使用寿命，并提供更高的功率容量。

研究人员制作了60％微硅颗粒，16％FLG，14％钠/聚丙烯酸和10％碳添加剂的阳极混合物，然后在100次充电的情况下检查性能（以及材料结构的变化）放电循环。

WMG研究小组已经开始进一步研究这一进展，这将包括进一步的研究和研究，作为由Varta Micro-innovations领导的为期两年的项目的一部分。 该项目的主要目标是推进硅/石墨烯复合材料的前工业化生产及其后续加工成为高能量和高功率应用的锂离子电池。

作为该项目的一部分，沃里克的WMG将优化锂离子电池的电极研究，促进优能电池制造。

Paper source: Qianye Huang, Melanie J. Loveridge, Ronny Genieser, Michael J. Lain & Rohit Bhagat (2018) “Electrochemical Evaluation and Phase-related Impedance Studies on Silicon–Few Layer Graphene (FLG) Composite Electrode Systems” Scientific Reports8, Article number: 1386 doi: 10.1038/s41598-018-19929-3

来源：greencarcongress.com。由Graphene石墨烯快讯独家翻译整理，转载请注明出处。也欢迎大家投稿、转载、留言以及互动，共同关注石墨烯的发展。