前沿 2020-03-10 16:03

石墨烯旗舰计划研究团队发现硅基锂离子可将电池容量提高30%

陈济桁 摘自 graphene-flagship网站

 

【据graphene-flagship网站2020年3月6日报道】硅基锂离子电池可能很快成为新的行业标准。不过,硅具有严重的膨胀问题,阻碍了其商业化进程。来自BeDimensional公司和意大利理工学院(IIT)和奥地利VARTA Micro Innovation GmbH公司石墨烯旗舰计划的多学科研究团队,已经确定了如何在实际应用中使用石墨烯作为克服硅基膨胀问题的关键组分。

根据目前的情况,人们确信硅是锂离子电池的下一代负极材料有力竞争者。用硅代替最先进的石墨阳极可将锂电池存储能力提高10倍。但是,在充电和放电时,硅会膨胀和收缩,从而对材料产生机械应力导致结构破坏,最终导致仅短短几次使用后电池就会失效。目前,石墨烯旗舰计划的研究人员已经设计了一种使用少量石墨烯即可使锂电池保持稳定的方法。这种全新开发的添加石墨烯的电池可承受300次充放电循环,电池容量比任何现有替代方案高30%。

石墨烯旗舰计划的合作伙伴,来自VARTA Micro Innovation GmbH公司的Christoph Stangl解释,石墨烯仅仅少量添加,足以在硅中均匀扩展并稳定电极结构,这使得人们能够真正用到硅基锂离子电池的出众性能。经过研发,这种添加石墨烯的纽扣电池可用于世界范围内一些重要公司生产的无数小型电子产品中,包括手表、可穿戴设备、汽车钥匙和无线耳机等。应用的行业都是快速增长的细分市场。VARTA公司以开发定制化储能解决方案而闻名,基于硅/石墨烯的高能量技术进步将促进生产出更好的电池。

石墨烯旗舰计划成员BeDimensional公司的维托里奥·佩莱格里尼(Vittorio Pellegrini)表示,只需要添加少量石墨烯即可实现上述里程碑式的设计。如果添加大量的石墨烯,则会降低电池中硅的比例,电池的整体容量将降低。硅增加了可存储在电池中的能量,由于加入了少量石墨烯,可以实现在保持电池容量的前提下避免电池结构破坏失效的问题。

欧盟资助的石墨烯旗舰计划以多种方式帮助推进了这项研究的发展。在项目实施的第一阶段,不仅决定了开发添加石墨烯的电池这一最初设想,而且还特地成立了BeDimensional公司,提供石墨烯材料,并利用具有专利的石墨烯生产方法开发许多基于石墨烯的新技术。

石墨烯旗舰计划的协同作用将IIT公司、新衍生的BeDimensional公司以及像VARTA一样成熟的工业制造商进行的前沿研究工作汇集在一起进行集成创新。由于石墨烯旗舰计划先锋项目的存在,研究人员可以真正聚焦于提高技术成熟度,创建出高度成熟的产品原型。目前,研究团队致力于将这项电池技术实现商业转化。该团队正面临一项新挑战,开发一种用于电动汽车的长续航可靠石墨烯电池。

这项合作的成功表明,石墨烯旗舰计划先锋项目可以极大地帮助研究人员将材料从实验室转移到实际部件、组件和系统集成开发中。

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