石墨烯+碳纳米管 莱斯大学研发新阳极攻克树突难题

盖世汽车讯 据外媒报道，美国莱斯大学（Rice University）解决了电池树突（dendrite）难题，该研究难题长期困扰着电池研究人员，该大学研发的锂金属电池的电容量是商用锂离子电池的三倍。

莱斯大学的设计团队将锂保存在一种独特的阳极中，该阳极采用了新工艺，由石墨烯（graphene）与碳纳米管（carbon nanotubes）混合制成。该材料首创于2012年，其本质是一款3D碳表面，可为锂提供足够的存储空间。理论上，该阳极本身已达到锂金属的最大存储空间，可防止树突等有害积聚物的形成。

据研究人员透露，树突等锂离子积聚物将渗入电池的电解质。若树突造成阳极与阴极接触，将导致短路，电池降可能因此而报废。更有甚者，该电池将因此而起火或爆炸。

莱斯大学的化学家James Tour负责主导该研究项目，据他发现，当新电池充电后，锂金属表面将覆有一层均匀的碳混合物（highly conductive carbon hybrid），该物质导电性强，碳纳米管与石墨烯表面紧密粘合。据美国化学学会期刊《美国化学学会纳米技术（ACS Nano）》报道，出于安全性及电量考虑，该类混合物已替代了商用锂电池中的石墨阳极。

Tour表示，新款阳极的碳纳米管簇（nanotube forest）密度低，表面积大，有足够的空间来安置电池充放电时游动的锂离子颗粒。锂金属分布均匀，电解质内带电锂离子将扩散开来，抑制树突的增生。

他表示，尽管电池样品的电量因阴极而受限，其阳极材料的锂离子储能已达到3351毫安/克，已接近其最大理论值，是锂离子电池的锂离子储能的10倍。由于碳纳米管毯绒（nanotube carpet）密度低，其锂离子涂层将分布在基材上，确保空间利用率最大。

为测试该阳极，莱斯大学实验室采用硫基阴极及电解质，打造了全套电池。据称，该硫基阴极在充放电500多次后，其容量保持率高达80%左右。该团队采用了电子显微镜观察了阳极的影像，该电极经多次测试后，其表面并无树突或毯绒结构，阳极表面依然平滑。用裸眼观察时，发现电池近四分之一的位置出现颜色发暗的情况，该处的锂金属已耗尽，被银所占据。

Tour表示：“许多人做电池研究，仅仅专注于阳极，因为针对整个电池的研究难度更大。我们为此研发了一项配套的硫基阴极技术，与第一代超高容量的锂金属阳极相配套。目前，研究团队正在重新生产这类电池、阴极及阳极，用于中试试验（pilot scale），上述材料正在测试中。”