前沿 2020-07-31 16:07

美国特拉华大学发现碳纤维增强增厚电极可提高电池能量密度

陈济桁 摘自 复合材料世界网站

【据复合材料世界网站2020年7月25日报道】在2020年6月出版的《美国化学学会纳米快报》期刊中,美国特拉华大学复合材料中心(CCM)的研究人员开发了一种超厚电池电极,该电极利用垂直整齐排列的碳纤维进行了强化。这种新型电极设计被称为“纤维排列厚膜”(FAT),展现出了电池性能增强且易于扩展制造的潜能。

在电池中,电极由活性材料(电极材料)和非活性成分(例如金属集流材料,聚合物粘合剂和导电基质)组成。为了提高电池的比容量,需要增加活性物质的量,减少惰性物质。

特拉华大学复合材料中心设计的FAT电极结合了沿电极方向排列的单向(UD)短切碳纤维,活性电极材料(磷酸铁锂)嵌入在纤维之间。碳纤维之间的孔通过电极形成低曲折度的通道,从而可以在液体电解质中快速进行离子传输。 FAT电极使用排列整齐的碳纤维构建具有一定厚度的电极结构,这种结构具有高电极材料负载、低曲折度、高电导率、导热率以及良好压缩性能。

较厚的电极可以显著提高活性物质/非活性物质的比例,以实现电池更高的比容量。FAT电极的曲折度低,可实现快速的电解液注入和快速的电子/离子传输,与传统的浆料浇铸厚电极设计相比,具有更高的容量保持能力和更低的电荷转移电阻。

研究人员表示,除了电池性能增强和更高电池容量,这种制造方法还易于扩展,并且成本低廉。为了制造电极,将预先装载有活性电极材料的碳纤维膜材料卷成圆柱形,然后垂直于纤维的轴向切割。研究人员使用这种方法制造了直径18毫米,高度55毫米的电极,可用于18650圆柱形电池。

下一步,研究人员计划将这种方法应用于阳极设计、固态电池以及Li-S和Li-O 2电池,其潜在应用包括用于电动汽车,电子或电网储能的电池等。

(欢迎转载,转载请标明引自“航空工业信息网”)

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