美国研发碳氧化硅玻璃-石墨烯纸电池电极

2016-04-12 15:53

　　美国堪萨斯州立大学工程师研发出一种类似纸一样的电池电极，可帮助开发出更好的太空探索或无人机工具。

　　机械和核工程副教授Gurpreet Singh及其研发小组采用碳氧化硅玻璃和石墨烯创造出电池电极。

　　此种电池电极具备很多特性：比其他电池电极轻10%之多，循环效率接近100%，超过1000次充电放电循环；制作材料成本低廉，由硅行业附属品制成；可在零下15℃时正常工作，可广泛应用于航天航空领域。

　　Singh的研究团队一直在探索电池电极设计的新型材料组合，发现很难实现将石墨烯和硅合并到实际的电池中，其存在很多技术挑战--例如单位体积内电容量小、循环效率低以及化学-机械的不稳定性。

　　该团队通过制造一个自支撑以及由被称为硅碳氧化物的玻璃陶瓷夹在化学或非化学改性的石墨烯片状材料构成的三明治结构的电极，解决这些技术挑战。

　　该电极电容量高，每克约为600毫安小时--每立方厘米400毫安小时。此种类似纸一样的设计是由20%的化学改性石墨烯片状材料构成。

　　此种类似纸一样的设计与现在使用的电池电极不同，因为它消除了金属箔支持和聚合物胶。这种设计可将电池总重量减轻10%。

　　这种轻量级电极能存储锂离子和电子，循环效率接近100%，超过1000次充电放电循环；最重要的是这种材料在实际应用中也可达到这种水平。

　　这种类似纸一样的电极电池，当处于零下15℃长达一个月之久时，电容量可达到每克200毫安小时。很多电池在这么低的温度下都无法正常工作。

　　碳氧化硅电极预计成本较低，因为原料-液态树脂是硅产业的副产品。

　　展望未来，Singh及其团队要应对实际挑战。Singh的目标是生产出更大尺寸的电极材料。例如，现在的铅笔芯电池使用石墨涂层铜箔电极长度超过一英尺。该团队还要进行机械弯曲试验看他们如何影响性能参数。

　　碳氧化硅也可通过3D打印技术完成，这将是我们研究的另外一个领域。(文/Tina译)

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