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纳米科学:柴隆纳米纤维使树枝状防电池成为可能!

信息来源:batterydir.com  时间:2019-01-04  浏览次数:96

纳米科学:柴隆纳米纤维使树枝状防电池成为可能!

纳米科学:柴隆纳米纤维使树枝状防电池成为可能!

(Phys.org) - 困扰高能锂金属电池的最大问题之一是树枝状晶体,当电极中的一些锂开始在电极外部分支并进入电解质时形成树枝状晶体,导致短路。为了控制树枝状晶体的生长,研究人员使用膜分离器来试图控制锂,但到目前为止,没有任何隔板材料被证明是理想的:陶瓷隔膜易碎并形成裂缝,聚合物隔膜机械性能弱,目前有效的纳米纤维隔膜很难制作。

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现在在Nano Letters上发表的一项新研究中,Xiaoming Hao等人。可能已经找到了一种隔板材料,它看起来具有实现抗树枝状电池的所有合适属性。研究人员组装了由一种称为Zylon(或PBO)的聚合物微纤维制成的超强纳米纤维膜。由于Zylon重量轻,甚至比Kevlar更强,因此它已被用于多种高科技应用,包括NASA的火星探测器,太空电梯原型以及滑雪板和网球拍等运动设备。

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在这里,研究人员表明,当Zylon微纤维剥离成纳米纤维然后浇铸成薄膜时,强度,电阻和高耐热性的结合使它们成为非常好的膜分离器,用于防止锂电池中的枝晶生长。

“这项工作的最大意义在于开发了来自剥离的Zylon纳米纤维的超强纳米多孔膜,”伊利诺斯州埃文斯顿西北大学的共同作者Jian Zhu告诉Phys.org。“这些膜可用作高性能电池隔膜,用于抑制锂枝晶并耐受极端条件,如高温。

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与目前最先进的电池隔膜之一Celgard 2400相比,新型纳米纤维膜在多个领域具有优势。用Celgard 2400循环电池230小时后,电极表面看起来有苔藓,树枝状锂生长,而具有新纳米纤维膜的电极表面即使在700小时后仍然保持光滑。这种枝晶形成的禁止导致性能优势,包括更高的长期稳定性和更高的效率。新的纳米纤维膜也具有更高的耐热性,因此Celgard 2400在约125°时开始熔化导致电池失效,带有新膜的电池继续运行直到185°,电解质分解的点。

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未来,研究人员计划在工业规模上探索低成本大规模生产纳米纤维膜的策略。

“未来这个领域有几个方向,”朱说。“我们正在寻找制备Zylon(PBO)纳米纤维的低成本和更环保的替代合成方法。我们的目标是使这些膜足够便宜,对工业合作伙伴更具吸引力。另一个方向是应用其他电池系统中的这些膜可能涉及枝晶形成。

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这些系统包括基于硫,钠或铝的电池,以及超级电容器。由于其优异的性能,纳米纤维还可用于增强水凝胶,气凝胶和各种复合材料的强度。

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