導讀

美國伊利諾伊大學芝加哥工程學院的研究人員發(fā)布了一份研究報告，表示21世紀的神奇材料 – 石墨烯，可能可以從鋰離子電池著火時吸走氧氣，從而降低起火風險。

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據(jù)外媒報道，鋰電池可讓電動汽車的續(xù)航里程達到幾百英里，存儲能量的能力眾所周知，但是此類電池具起火風險也是人盡皆知，電池人員將此類現(xiàn)象稱為“熱失控”（即電池積累過多熱量）。當電池過熱或是快速循環(huán)時，起火事故發(fā)生得最頻繁。由于現(xiàn)在每年越來越多的電動汽車得以上路，因此電池技術也需要得到發(fā)展，以降低危險和災難性起火事故發(fā)生的可能性。

美國伊利諾伊大學芝加哥工程學院（the University of Illinois at Chicago College of Engineering）的研究人員發(fā)布了一份研究報告，表示21世紀的神奇材料 – 石墨烯，可能可以從鋰離子電池著火時吸走氧氣，從而降低起火風險。

鋰電池起火的原因在于電池快速循環(huán)或充放電，以及電池內(nèi)積聚的高溫。上述情況會導致電池內(nèi)部的陰極（大多數(shù)情況下，陰極都是含有鋰的氧化物，通常是鋰鈷氧化物）分解并釋放氧氣。而電解質在高溫下會分解釋放出易燃品，如果氧氣與此類易燃品相結合，就會發(fā)生自燃。

伊利諾伊大學芝加哥工程學院機械和工業(yè)工程副教授兼該論文的通訊作者Reza Shahbazian-Yassar表示：“我們認為，如果有一種方法，可以防止陰極釋放的氧氣與電池內(nèi)其他易燃品相結合，我們就可以降低起火的可能性。”

結果發(fā)現(xiàn)，石墨烯材料就是完美的解決方案，石墨烯是一種具有獨特性質的超薄碳原子層。Shahbazian-Yassar與他的同事以前曾使用過石墨烯調節(jié)鋰金屬電池電極上積聚的鋰。

Shahbazian-Yassar與他的同事都知道，氧原子無法從石墨烯片中滲出。此外，石墨烯還具有強度高、柔韌性好、可導電等優(yōu)點。他們認為，如果用石墨烯將鋰電池的鈷酸鋰陰極小顆粒包裹起來，就可能阻止氧氣逸出。

首先，研究人員用化學方法改變了石墨烯，使其具有導電性。接下來，他們將鈷酸鋰陰極電極的微小顆粒包裹在導電的石墨烯中。當研究人員使用電子顯微鏡，觀察被石墨烯包裹的鈷酸鋰顆粒時發(fā)現(xiàn)，與未包裹石墨烯的顆粒相比，在高溫下，釋放的氧氣明顯減少。

接下來，研究人員將被石墨烯包裹的顆粒與粘合材料相結合，形成了一個陰極，集成至鋰金屬電池中。當研究人員測量電池循環(huán)過程中氧氣釋放情況時發(fā)現(xiàn)，即使在非常高的電壓下，也幾乎沒有氧氣從陰極中逸出。即使在200次充放電循環(huán)之后，鋰金屬電池的表現(xiàn)仍然很好。

Sharifi-Asl表示：“與傳統(tǒng)的鋰金屬電池相比，陰極包裹了石墨烯的電池在快速循環(huán)后僅損失了約14%的容量，而在相同條件下，傳統(tǒng)鋰金屬電池的性能下降了約45%”。

Shahbazian-Yassar表示：“石墨烯是阻止氧氣進入電解質的理想材料。該材料不透氧、可導電、具柔韌性，強度高，能夠承受電池內(nèi)部條件。而且其只有幾納米厚，因此不會額外增加電池的質量。我們的研究表明，在陰極中使用石墨烯可減少氧氣的釋放，可能是將電池起火風險顯著降低的一種方法，而此類電池為手機和汽車提供動力”。