扫描电子显微镜图像显示左侧为沥青阳极,石墨烯纳米带和锂,右侧为无锂的相同材料。该材料是在莱斯大学开发的,并展示了高容量锂电池的充电速度比商用锂离子电池快20倍。
据科学家介绍,对于高容量锂电池来说,加入沥青可能比商用锂离子电池充电快20倍。
根据莱斯大学的科学家们的解释,加入沥青可能是高容量锂金属电池的秘密,它比商用锂离子电池的充电速度要快10到20倍。
化学家James Tour的莱斯实验室开发了包含由沥青制成的多孔碳的阳极,经过500次以上的充放电循环后表现出非凡的稳定性。每平方厘米20毫安的高电流密度证明了该材料可用于需要高功率密度的快速充电和放电设备。美国化学学会会刊ACS Nano报道了这一发现。
Tour说:“这些电池的容量是巨大的,但同样值得注意的是,我们可以在五分钟内将它们从零充电到满充电,而不是其他电池所需的的两个小时或更多。”
Tour实验室以前使用沥青的衍生物 - 特别是未经处理的黑色沥青,用于电池的相同类型 - 从天然气中捕集温室气体。这一次,研究人员将沥青与导电石墨烯纳米带混合在一起,并通过电化学沉积法将金属锂涂覆在复合材料上。
实验室将阳极与硫化碳阴极组合成完整的电池进行测试。电池显示每千克1,322瓦的高功率密度和每千克943瓦时的高能量密度。
测试显示了另一个显着的好处:碳减轻了锂枝晶的形成。这些苔藓沉积物侵入电池的电解质。如果延伸得足够远,则会使阳极和阴极短路,并可能导致电池失效,着火或爆炸。但是沥青衍生的碳防止了任何枝晶的形成。
实验室早期的一个项目发现,石墨烯和碳纳米管的阳极也阻止了枝晶的形成。 Tour表示,新的组合更简单。
“虽然前者和这种新电池之间的容量是相似的,接近锂金属的理论极限,但是新的沥青衍生碳可以占用更多的锂金属单位面积,而且制造起来更加简单和便宜。没有化学气相沉积步骤,没有电子束沉积步骤,也不需要从石墨烯生长纳米管,因此制造工艺大大简化。”