你将学习:
- 斯坦福大学重新设计的当前收藏家。
- 德州农工大学研究用碳纳米管解决锂电池过热和失效问题。
技术领域充斥着各种“更好”的电池的承诺，这些电池在实验室里看起来很有前途，但在商业上却没有实现，假设在实际商业化之前，甚至有尝试将它们扩大到试点运行。虽然导致这一飞跃失败的原因多种多样，就像电池自身的进步一样，但这并不意味着革新者已经停止尝试。
现在，两个不相关的研究小组——一个在斯坦福大学，另一个在德州农工大学——已经设计出了他们所说的更安全、更好的电池。这些进展解决了基于锂离子的电化学能量储层的双刃现实——它们的高能量密度和与这种密度相关的风险。
斯坦福大学团队,工作人员在能源部SLAC国家加速器实验室,重新设计了铜薄片或铝箔电池,叫做电流收集器(最重的电池组件之一),这样他们重量减少了80%,并立即淬火任何爆发的火灾。这些集热器分配电流流入或流出电极，占某些大功率或超薄电池重量的15%至50%。
该团队建立了基于一种轻质聚酰亚胺聚合物的制造和测试电流收集器的实验，这种聚合物能够抵抗火灾，并经得起电池快速充电产生的高温。阻燃剂磷酸三苯酯(tpp)也被嵌入到聚合物中;随后在它的两个表面上涂上一层超薄的铜(图1)．
因此，铜不仅能起到分配电流的作用，还能保护聚合物及其内部的阻燃剂，并能有效抑制火灾和突发事件(图2)．
与当前版本相比，这一变化将当前收集器的重量降低了80%。博士后研究员叶玉生指出，“这意味着不同类型的电池的能量密度增加了16%至26%，而且它传导电流和普通收集器一样，没有降解。”
SLAC和领导这项研究的斯坦福大学教授Yi Cui补充说:“目前的收集器一直被认为是自重的，直到现在它还没有被成功地利用来提高电池性能。人们也曾尝试在电池电解质中加入阻燃剂，这是易燃的部分，但你只能在它变得粘稠、不再良好导电之前添加阻燃剂。”
这项工作在他们的论文中有详细的介绍自然”,用于高能和高安全性锂离子电池的超轻型和灭火电流收集器，以及补充信息和许多视频(尽管主报纸是付费的，但有一个预印版在这里)．研究人员还申请了一项专利。这项工作得到了美国能源部能源效率和可再生能源办公室、汽车技术办公室在锂离子电池极速充电电池评估(XCEL)项目下的支持。
德州农工大学的碳纳米管方法
在德州农工大学，研究人员发明了一种技术来防止锂电池过热和失效。他们的碳纳米管(CNT)设计使电池能够安全储存大量的锂离子，从而降低火灾风险。此外，它将帮助锂电池充电速度快于目前市面上的电池。
该团队的材料科学研究生朱兰·诺(Juran Noh)说:“这种新的结构可以防止锂离子在阳极外部积累，随着时间的推移，锂离子会导致电池两个单元之间的内容物意外接触，这是设备爆炸的主要原因之一。”
研究人员试图克服众所周知的树突问题，它们的生长最终会穿透分隔电池两个隔间的材料，导致短路，从而导致电池着火。不断增长的树突也会消耗锂离子，使其无法产生电流，从而对电池性能产生不利影响。
该团队设计的阳极使用碳纳米管作为支架，有空间或孔，以便锂离子进入和沉积。然而，这些结构不容易与锂离子结合，这阻碍了树突的生长，也阻碍了电池提供大电流的能力。
然而，使用最佳数量的结合分子对碳纳米管阳极进行额外的“微调”，可以阻止树突的形成，并使大量的锂离子结合并沿着支架表面扩散(图3)．这增强了电池产生大电流、持续电流的能力。
能剧指出:“当我们有适量的这些绑定分子,我们可以“解压缩”的碳纳米管支架在某些地方,允许锂离子通过和绑定到整个支架表面,而不是积累的外表面阳极,形成树突。”
在他们的过程中，他们将锂插入多孔的、三维的碳纳米管结构中，并将其表面改变为恐石、亲石和杂化恐石/亲石特征(“lithio”指的是材料“湿润”表面的能力或倾向)。他们的结果显示，高面积容量为16毫安时/厘米2电流密度为8毫安/厘米2，但没有明显的树突形成或体积膨胀(另一个常见的细胞问题)。
为了分析他们制造的效果，他们进行了研究in-operando电压/电流分布的研究(在operando意思是“一种分析方法，其中对正在反应的材料的表征与催化活性的测量同时进行”，并且比更知名的方法更先进原位分析)。
他们的工作在一篇论文中有详细介绍，论文的标题可能有点吓人通过In-Operando研究了解锂在3D多孔碳支架中插入与混合恐石表面和亲石表面”,发表在ACS纳米快报．
