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美國研發(fā)碳納米管助推鋰電池 提高電池電導率和更高倍率能力
時間:2020-11-13 10:46來源:微鋰電 作者:綜合報道
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在改善當今能量存儲技術的眾多途徑中，向電極中添加導電“填充”材料有望帶來更好的速率能力，導電性和整體電池性能。
由得克薩斯大學奧斯汀分校（UTA）領導的科學家解釋說：“盡管已經廣泛開發(fā)了各種導電填料，但對這些填料的幾何形狀和尺寸如何影響電極電導率，結構以及最終對電化學的理解高能量存儲系統(tǒng)的性能仍然不足。”
該小組使用三種不同的導電碳材料進行了實驗，以確定哪種材料具有最佳性能。將不同數(shù)量的單壁碳納米管、石墨烯納米片和“ Super P”（一種已經在鋰離子電池中通常用作導電填料的炭黑顆粒）添加到鎳鈷錳（NCM）陰極中。
然后使用各種光譜和電化學表征技術測量這些陰極。發(fā)表在《應用物理評論》上的論文揭示了用于高能存儲系統(tǒng)的厚電池電極中導電填料的維數(shù)效應。
鋰離子電池的應用受到限制，因為它們無法滿足高功率輸出和可逆儲能的要求。主要挑戰(zhàn)集中在開發(fā)既能產生高能量又能產生功率的電極體系結構上。作為關鍵成分之一，導電填料在電池電極中起著至關重要的作用，有助于形成導電性和整形電極結構，從而顯著決定倍率能力。
單壁碳納米管（SWCNT）被證明是性能最好的添加劑。該小組觀察到，納米管在NCM顆粒周圍形成了導電涂層，并且還在NCM顆粒之間形成了相互連接的網絡。石墨烯納米片具有相似的效果，但形成的結構不太均勻。
最好的SWCNT電極顯示容量142毫安時每克(mAh/g)的充電率0.2攝氏度,跌至101 mAh / g當利率增加到2 C組還發(fā)現(xiàn),0.16%的體重SWCNTs足以確保良好的導電性。UTA的余桂華（Guihua Yu）解釋說：“當將導電填料添加到絕緣基質中時，一旦形成穿過復合材料的第一條導電路徑，電導率就會顯著增加。”
該組織表示，其發(fā)現(xiàn)表明，以這種方式集成SWCNT可以促進更好的離子和電荷轉移，從而導致性能更好的電池，尤其是在高放電速率下。總體而言，對導電填料行為的進一步了解可以為高能量/功率密度電極的設計打開新的大門。
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