美国研发碳纳米管助推锂电池 可提高电导率和倍率能力

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美国的科学家研究了在锂离子电池电极中使用不同的导电填充材料,发现在镍钴锰阴极中添加单壁碳纳米管可以提高整个电池的电导率和更高的倍率能力。根据该小组的研究结果,可以为高功率,高能量电池电极的设计提供新的见解。

在改善当今能量存储技术的众多途径中,向电极中添加导电“填充”材料有望带来更好的速率能力,导电性和整体电池性能。

由得克萨斯大学奥斯汀分校(UTA)领导的科学家解释说:“尽管已经广泛开发了各种导电填料,但对这些填料的几何形状和尺寸如何影响电极电导率,结构以及最终对电化学的理解高能量存储系统的性能仍然不足。”

该小组使用三种不同的导电碳材料进行了实验,以确定哪种材料具有最佳性能。将不同数量的单壁碳纳米管、石墨烯纳米片和“ Super P”(一种已经在锂离子电池中通常用作导电填料的炭黑颗粒)添加到镍钴锰(NCM)阴极中。

然后使用各种光谱和电化学表征技术测量这些阴极。发表在《应用物理评论》上的论文揭示了用于高能存储系统的厚电池电极中导电填料的维数效应。

锂离子电池的应用受到限制,因为它们无法满足高功率输出和可逆储能的要求。主要挑战集中在开发既能产生高能量又能产生功率的电极体系结构上。作为关键成分之一,导电填料在电池电极中起着至关重要的作用,有助于形成导电性和整形电极结构,从而显着决定倍率能力。

单壁碳纳米管(SWCNT)被证明是性能最好的添加剂。该小组观察到,纳米管在NCM颗粒周围形成了导电涂层,并且还在NCM颗粒之间形成了相互连接的网络。石墨烯纳米片具有相似的效果,但形成的结构不太均匀。

最好的SWCNT电极显示容量142毫安时每克(mAh/g)的充电率0．2摄氏度,跌至101 mAh / g当利率增加到2 C组还发现,0．16%的体重SWCNTs足以确保良好的导电性。UTA的余桂华(Guihua Yu)解释说:“当将导电填料添加到绝缘基质中时,一旦形成穿过复合材料的第一条导电路径,电导率就会显着增加。”

该组织表示,其发现表明,以这种方式集成SWCNT可以促进更好的离子和电荷转移,从而导致性能更好的电池,尤其是在高放电速率下。总体而言,对导电填料行为的进一步了解可以为高能量/功率密度电极的设计打开新的大门。