氧化石墨烯薄片可以使金属锂电池市场

锂金属电池——比目前用于我们的手机、笔记本电脑和汽车的锂离子电池的充电费用高出10倍——由于致命缺陷：由于电池充电和放电，锂在电极上不均匀地沉积。这种堆积使这些电池的寿命缩短，使它们无法存活，更重要的是，电池可能会短路并起火。

现在，伊利诺伊大学的研究人员在芝加哥已经开发出一种溶液中的氧化石墨烯包覆的纳米片的形成这一问题，当放置在一个金属锂电池的两电极之间，防止锂电镀不均匀，使得电池的安全功能的充电/放电周期数百。他们在《高级功能材料》杂志上发表了他们的发现。

“我们的研究结果表明，二维材料-在这种情况下，氧化石墨烯-可以帮助调节在这样一种方式，延伸锂金属电池寿命锂沉积，”Reza Shahbazian Yassar说，机械工业在UIC工程和该论文的通讯作者工程学院副教授。

与传统电池相比，锂金属电池具有高能量密度和相对轻的重量，因而非常有用。然而，在许多充放电循环过程中，锂在电池的锂金属电极上以树枝状或树枝状形式不均匀地分布，最终导致电池失效。如果树突在电解质溶液中生长并与另一个电极接触，那么电池可能会经历灾难性的事件，换句话说，就是爆炸或火灾。

在锂离子电池中，隔膜被放置在电解液中。通常由多孔聚合物或玻璃陶瓷纤维制成，隔板允许锂离子流过，同时阻止其他部件被堵塞，以防止短路，从而导致火灾。

礼和同事们使用一种改性隔膜在锂金属电池对锂离子的流动来控制锂沉积率，看看他们是否能防止枝晶的形成。他们喷涂氧化石墨烯纤维分离器，生产他们所谓的纳米片。

采用扫描电子显微镜和其他成像技术，研究人员发现，当纳米片用于锂金属电池，对锂电极的表面形成均匀的薄膜锂电池，这实际上提高了功能，使电池更安全，Tara Foroozan说，在学校的工程和第一作者在本研究院一个研究生。

分子模拟，由一队来自德克萨斯农机大学的研究人员，认为锂离子成为暂时结合的氧化石墨烯，然后扩散通过表中的纳米级的缺陷。这就延缓了锂离子的通过，以防止电极上形成树枝状的锂沉积。

“纳米片降低锂离子的通道足以允许更均匀的镀锂离子在电极的表面，这有助于延长电池寿命，”Reza说。

相场模型的计算结果，由Farzad Mashayek领导，教授机械工业在UIC工程和本文作者大学工程头，表明氧化石墨烯也可以机械地抑制锂枝晶的生长。

“我们发现，二维的石墨烯氧化物材料能够阻止改变锂离子扩散速率为他们通过氧化石墨烯层枝晶的形成，”Shahbazian Yassar说。该方法具有很高的工业应用和可扩展性。

Vitaliy Soroosh，Sharifi Asl，Ramasubramonian Deivanayagam，甄楠皇，和来自UIC大学工程和Fernando Soto和来自德克萨斯农机大学的Perla Balbuena Ramin Rojaee共同作者。

这项研究是由美国国家科学基金会资助dmr-1620901资助和补助de-ee0007766从美国能源部。