萊斯大學(xué)的科學(xué)家們正在依靠碳納米管薄膜來制造高功率，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)的鋰金屬陽極自然生長的枝晶。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，鋰金屬充電速度更快，體積能量約為其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。“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AdvancedMaterials中有詳細(xì)介紹，它簡單，便宜且高效地阻止枝晶生長，Tour說。

“我們所做的事情變得非常簡單，”他說。“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，從黑色變成紅色，薄膜反過來擴(kuò)散鋰離子。”

“與鋰金屬的物理接觸減少了納米管薄膜，但通過添加鋰離子來平衡它，”賴斯博士后研究員RodrigoSalvatierra說，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，下面的鋰陽極會(huì)重新填充它，從而保持薄膜阻止枝晶生長的能力。

纏結(jié)的納米管薄膜在實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的實(shí)驗(yàn)室中開發(fā)的具有硫化碳陰極的測試電池的580次充電/放電循環(huán)中有效地淬滅樹枝狀晶體。研究人員報(bào)告說，完整的鋰金屬電池保留了其庫侖效率的99.8%，這是衡量電子在電化學(xué)系統(tǒng)中移動(dòng)的程度。