氧化石墨烯助力更高效的鋰金屬電池

全球電池界的霸主鋰電池，因其非常高的能量密度，快速充放電，使用壽命長，體積小重量輕，不含有毒有害物質。在電子產品與電動工具廣泛使用，統治手機，電腦，電動車等絕大部分需要充放電應用市場。除了其優異的性能外，鋰含量非常豐富，能以低成本獲得，這很明顯也是為什麼我們的設備（包括攜帶型電子設備，電動車輛和無人駕駛飛機）的比例如此高由鋰電池供電。由於鋰電池無污染，被稱為綠色電池，體積小重量輕，充放快能量密度高，在新能源出行獲得廣泛應用，在電動汽車電瓶車電動自行車使用，清潔無污染，輕便快捷。

鋰電池的兩大領先品種是鋰離子電池和鋰金屬電池。鋰離子電池是充電和放電期間鋰離子在電極之間傳播的一種可充電電池。鋰離子電池使用嵌入式鋰化合物來形成電極。與此相反，鋰金屬電池使用金屬鋰電極。

雖然鋰離子電池已經擁有非常高的能量密度，但是遠跟不上更新迭代的電子產品與電動車。鋰金屬電池擁有十倍於鋰離子電池儲電量，更快的充放速度。

儘管具有市場領先的電池壽命，但由於兩個關鍵原因，鋰金屬電池被廣泛用於消費電子設備中。首先，由於電極上的劣化或枝晶形成，不可能對這些電池充電。除此之外，元素鋰對各種水分的爆炸反應性，甚至是來自空氣的反應性，都是導致人們憂慮的原因。

使用氧化石墨烯改進電池技術為了規避這些擔憂，最近的技術發展正在被應用，使鋰金屬電池能夠在電動汽車和其他能源需求較高的市場上展開競爭。磷 - 硫化合物是一種新型溶液的基礎，可在鋰電極上形成輕質塗層，防止無意中暴露在潮濕環境中。

在進一步的解決方案中，使用精細的氧化石墨烯層作為保護元件。

除了防止暴露於空氣和水之外，氧化石墨烯塗層還能夠抑制樹枝狀晶體的形成。當鋰以不規則的方式再沉積在電極上時，這些在鋰金屬電極上形成。隨著時間的推移，樹突可以通過電解質傳播，導致兩個電極相遇，這可能引起電池爆炸。

當鋰離子移動通過電池的行程通過施加輕的氧化石墨烯塗層而被充分減慢時，其被噴塗在標準玻璃纖維分隔器上，防止了樹枝狀物的形成。在最近發表在《先進功能材料》雜誌上的一篇論文中，理論建模和計算被用於確定鋰離子運動速度與它們在反電極上聚集的方式之間的關係。(研究人員經過超過500次充放電循環後（即兩年內手機所經歷的大致相當），沒有觀察到樹突的跡象）

眾所周知，石墨烯提高電池技術和促進強大和持久解決方案的新發展的能力是眾所周知的。它在未來能源存儲解決方案中的關鍵地位得到了支持其作用重要性的持續科學研究的進一步支持。在一個新的方向上，這些最近的發現使鋰金屬電池更接近於滿足其廣泛使用的潛力。

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