萊斯大學(xué)的科學(xué)家們正在依靠碳納米管薄膜來(lái)制造高功率，快速充電的鋰金屬電池，這是普通鋰離子電池的合理替代品。

化學(xué)家詹姆斯·圖爾的萊斯實(shí)驗(yàn)室展示了薄納米管薄膜有效地阻止了從電池中未受保護(hù)的鋰金屬陽(yáng)極自然生長(zhǎng)的枝晶。隨著時(shí)間的推移，這些類似觸手的枝晶會(huì)刺穿電池的電解質(zhì)核心并到達(dá)陰極，導(dǎo)致電池失效。

這個(gè)問(wèn)題既抑制了鋰金屬在商業(yè)應(yīng)用中的使用，也鼓勵(lì)全世界的研究人員解決這個(gè)問(wèn)題。

與各種電子設(shè)備(包括手機(jī)和電動(dòng)汽車)中的鋰離子電極相比，鋰金屬的充電速度更快，并且容量約為其體積的10倍。

“減緩鋰離子電池中枝晶的一種方法是限制它們充電的速度，”Tour說(shuō)。“人們不喜歡這樣。他們希望能夠快速充電。”

賴斯團(tuán)隊(duì)的答案在Advanced Materials中有詳細(xì)介紹，簡(jiǎn)單，便宜且高效地阻止枝晶生長(zhǎng)，Tour說(shuō)。

“我們所做的事情變得非常簡(jiǎn)單，”他說(shuō)。“你只需涂上一層多層碳納米管薄膜的鋰金屬薄膜。鋰可以摻雜納米管薄膜，從黑色變?yōu)榧t色，薄膜反過(guò)來(lái)擴(kuò)散鋰離子。”

“與鋰金屬的物理接觸減少了納米管薄膜，但通過(guò)添加鋰離子來(lái)平衡它，”萊斯博士后研究員Rodrigo Salvatierra說(shuō)，該論文的聯(lián)合主要作者是研究生GladysLópez-Silva。“離子在整個(gè)納米管薄膜中分布。”

當(dāng)電池投入使用時(shí)，薄膜會(huì)釋放儲(chǔ)存的離子，下面的鋰陽(yáng)極會(huì)重新填充它，從而保持薄膜停止枝晶生長(zhǎng)的能力。

纏結(jié)的納米管薄膜在實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的具有硫化碳陰極的測(cè)試電池的580次充電/放電循環(huán)中有效地淬滅樹(shù)枝狀晶體。研究人員報(bào)告稱，完整的鋰金屬電池保留了99.8%的庫(kù)侖效率，衡量電子在電化學(xué)系統(tǒng)中的移動(dòng)程度。