從手機到電動汽車，鋰離子電池目前已成為主要的能源存儲設備?，F(xiàn)在，研究表明如何讓他們更加環(huán)保并獲得更多的權(quán)力。通過使用碳納米管，來自美國克萊姆森大學的印度科學家小組消除了傳統(tǒng)電池中對有毒有機溶劑的需求。

“傳統(tǒng)上，鋰離子電池電極是使用稱為N-甲基吡咯烷酮或NMP的有機溶劑制造的。使用NMP是因為它與涂有電池材料的鋁箔高度兼容，“ACS歐米茄發(fā)表的第一作者LakshmanVentrapragada解釋說?！癗MP價格昂貴且有毒。實際上，每個制造單位通常使用花費超過一百萬美元的溶劑回收系統(tǒng)來回收該NMP。我們的目標是用水取代NMP并實現(xiàn)更好的電池性能?！?/p>

盡管之前嘗試過使用水作為溶劑，但其高表面張力常常導致電池電極在干燥時與底層鋁箔分離。該團隊使用垂直排列的碳納米管森林（原子厚碳卷成圓柱體）涂覆鋁箔以實現(xiàn)海綿狀毛細管作用。

納米管森林

“碳納米管森林只有10-30微米長，可以垂直排列在鋁上。我們能夠使用特殊的卷對卷化學氣相沉積工藝在低溫下直接在鋁箔上生長碳納米管，“克萊姆森大學物理學助理教授RamakrishnaPodila教授和相應的論文作者解釋說。“納米管也可以噴涂在鋁上。這些納米管涂層鋁箔可以直接集成到現(xiàn)有的鋰離子電池制造單元中，因為除了用水替換溶劑外，它們不需要對現(xiàn)有設備進行任何更改”。

研究小組隨后使用一種稱為磷酸鐵鋰或LFP的鋰活性材料與粘合劑一起在水中混合，以制成碳納米管涂覆的鋁箔上的電池電極。粘合劑幫助活性物質(zhì)牢固地粘附在下面的箔上。

電池的能量和功率

在充電過程中，鋰離子電池在一側(cè)傳輸來自鋰活性材料的鋰離子，將其捕獲在另一側(cè)的石墨電極中。在放電過程中，鋰離子會離開石墨并返回鋰離子活性材料供電設備，如手機或筆記本電腦。電池的性能是根據(jù)兩件事情來評定的：能量和能量。

能量正比于電池可以承受的總電量，即捕獲的鋰離子的量，而功率與鋰離子可以在電池中傳輸?shù)乃俣扔嘘P。小時的需要是高功率和高能量的電池。

高放電率

在傳統(tǒng)鋰離子電池中，高功率快速充電會加熱電極并破壞聚合物粘合劑，從而幫助鋰活性材料粘附到鋁箔上。這是電池故障中最常見的模式之一，不能在不損害電池總能量的情況下實現(xiàn)高功率。但該團隊制造的新電池能夠承受高能量（600mA/g或在15分鐘內(nèi)完全充滿500次），并且能量密度至少高出35-50％。

“我們生產(chǎn)納米管的可擴展方法大大降低了成本。此外，使用水使其更加環(huán)保。因為碳很輕，所以也不會增加電池的質(zhì)量，“Podila補充說，”我們希望這將導致未來更便宜和更好的鋰離子電池?！?/p>