近日消息，莱斯大学的研究人员创建了一种基于石墨烯和碳纳米管混合物的可充电锂电池，其容量是目前商业锂离子电池容量的三倍。这主要归功于他们解决了长久以来困扰锂电池的性能提升的“锂枝晶”问题。

图片所示：金属锂被涂覆在石墨烯/碳纳米管混合材料上作为电池负极， 锂金属涂覆负极的三维结构，避免形成枝晶

 该电池将锂储存在独特的阳极中，即石墨烯和碳纳米管的无缝混合物中。最初在2012莱斯中创建的材料本质上是为锂存在提供了丰富的面积的一个三维的碳表面。

      阳极本身接近锂金属的理论最大值，同时抵抗破坏性树突或“苔藓”沉积物的形成。

      树枝晶试图用持续时间更长，充电速度更快的先进锂金属电池代替锂离子。 树枝晶是生长在电池电解液中的锂沉积物。 如果桥接阳极和阴极并产生短路，电池可能会失效，起火甚至爆炸。

      由化学家詹姆斯•罗伯茨领导的莱斯研究人员发现，当新电池充电时，锂金属均匀地包覆了碳纳米管以共价连接到石墨烯表面的高导电碳杂化材料。

 图片所示：电子显微镜图像显示均匀涂覆有金属锂的碳纳米管。在莱斯大学创建的石墨烯 - 碳纳米管负极的测试表明，它可以抵抗锂树枝状晶体的形成，延长电池寿命。

 如美国化学学会杂志ACS Nano所报道，该混合物代替了用于交换安全能力的普通锂离子电池中的石墨阳极。

      电子显微镜图像显示均匀涂覆有金属锂的碳纳米管。 在莱斯大学创建的石墨烯 - 碳纳米管阳极的测试表明，它抵抗可破坏电池的锂树枝状晶体的形成。

      Tour说，“毫无疑问，锂离子电池改变了世界，但是它们的发展将遭遇瓶颈，手机电池在新技术产生前不会续航太久。”

他表示在具有低密度，高表面积的新型阳极纳米管森林放电时，它本身具有充足的空间供锂颗粒进出。均匀分布的锂通过电解质中的离子来扩散电流并且抑制树突的生长。

      Tour 表示，尽管原型电池的容量受到阴极的限制，但是阳极材料的锂储存容量为3351毫安小时/克，接近理论值的最大值和锂离子电池的10倍。 且由于纳米管的低密度，锂直接涂覆到基材上的能力，确保了最大限度地利用可用的体积。

      在2014年，当旅游实验室前研究生，现剑桥大学的博士后研究员的共同主编Abdul-Rahman Raji，开始尝试锂金属和石墨烯纳米管混合物的时，他们有他们的“哈哈！”时刻。

      “我推测锂金属必须镀在电极上，同时分析在完整电池中与锂钴氧化物阴极组合的阳极材料中存储锂离子的实验结果。”Raji说。 “我们很兴奋，因为整个电池的电压非常平坦，在那一刻，我们知道我们发现了一些特别的东西。

 图形显示共价键合到石墨烯基底上的碳纳米管。 莱斯大学创造的材料正在作为大容量锂金属电池的阳极进行测试。 

      在一个星期内，Raji和身为一名莱斯博士后研究员的联合领导作家罗德里戈•维勒加斯•萨尔瓦特拉（Rice Raphaelas Salvatierra），将锂金属沉积在一个独立的混合阳极中，以便他们可以用显微镜更近距离的观察。 “我们惊呆了，发现没有树突生长，其余同往常一样，”拉吉说。

      为了测试阳极，莱斯实验室建立了硫基阴极在超过500次充电 - 放电循环后仍保持80％容量的完整电池，对于正常的手机用户来说可以使用两年的时间。测试后阳极的电子显微镜图像显示没有在扁平阳极上观察到的枝晶或苔藓样结构的迹象。研究人员报告说，肉眼看，四分之一电池中的阳极是空的，当锂金属和白银充满时，这些阳极是黑色的。

      Tour说“许多人做电池研究只做阳极，因为做整个包装要困难得多，因此我们必须开发一种基于硫磺的相对的阴极技术，以适应第一代系统中的这些超高容量锂阳极。我们正在中试规模生产这些阴极加阳极的完整电池，并对它们进行测试。”

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