鋰電池使電動(dòng)汽車一次充電可以行駛幾百英里。它們儲(chǔ)存能量的能力是眾所周知的，但它們偶爾著火的傾向也是眾所周知的——電池研究人員將這種現(xiàn)象稱為“熱失控”。“當(dāng)電池過(guò)熱或快速循環(huán)時(shí)，這些火災(zāi)發(fā)生得最頻繁。

隨著每年有越來(lái)越多的電動(dòng)汽車上路，電池技術(shù)需要適應(yīng)以減少這些危險(xiǎn)和災(zāi)難性火災(zāi)的可能性。

鋰電池著火的原因包括快速循環(huán)或充放電，以及電池內(nèi)的高溫。這些條件會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部的陰極——在大多數(shù)鋰電池中，陰極是含有鋰的氧化物，通常是鋰鈷氧化物——分解并釋放氧氣。如果氧氣與電解質(zhì)在足夠高的熱量下分解釋放出的其他易燃產(chǎn)品結(jié)合，就會(huì)發(fā)生自燃。如果有一種方法,以防止氧陰極和混合電池與其他易燃產(chǎn)品,我們可以減少火災(zāi)發(fā)生的可能性,

結(jié)果表明，一種熟悉的材料為這個(gè)問(wèn)題提供了一個(gè)完美的解決方案。這種材料就是石墨烯——一種具有獨(dú)特性質(zhì)的超薄碳原子層。

石墨烯片對(duì)氧原子是不滲透的。石墨烯還具有強(qiáng)度高、柔韌性好、可導(dǎo)電等優(yōu)點(diǎn)。如果將鋰電池的鈷酸鋰陰極的非常小的顆粒包裹在石墨烯中，就可能阻止氧氣逸出。

首先，研究人員用化學(xué)方法改變石墨烯，使其具有導(dǎo)電性。接下來(lái)，他們將鋰鈷氧化物陰極電極的微小顆粒包裹在導(dǎo)電石墨烯中。當(dāng)他們用電子顯微鏡觀察石墨烯包裹的鋰鈷氧化物顆粒時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)，與未包裹的顆粒相比，高溫下氧的釋放明顯減少。

接下來(lái)，他們用一種結(jié)合材料將包裹的粒子捆綁在一起，形成一個(gè)可用的陰極，并將其并入金屬鋰電池中。當(dāng)他們測(cè)量電池循環(huán)過(guò)程中釋放的氧氣時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)即使在非常高的電壓下也幾乎沒(méi)有氧氣從陰極中逸出。即使在200次循環(huán)之后，鋰金屬電池仍然表現(xiàn)良好。

與傳統(tǒng)的鋰金屬電池相比，包裹式陰極電池在快速循環(huán)后僅損失了約14%的容量，而在相同條件下，傳統(tǒng)鋰金屬電池的性能下降了約45%。”石墨烯是阻止氧氣進(jìn)入電解質(zhì)的理想材料。”“它是不透氧的，導(dǎo)電的，靈活的，是足夠強(qiáng)大的承受條件下的電池。它只有幾納米厚，所以不會(huì)有額外的質(zhì)量添加到電池。研究表明，它在陰極中的使用可以可靠地減少氧氣的釋放，這可能是這些電池起火的風(fēng)險(xiǎn)可以顯著降低的一種方式。從我們的手機(jī)到我們的汽車，這些電池為我們提供動(dòng)力。”