美國(guó)研發(fā)碳納米管，為高功率高能量電極設(shè)計(jì)提供新見(jiàn)解

導(dǎo)讀：美國(guó)的科學(xué)家研究了在鋰離子電池電極中使用不同的導(dǎo)電填充材料，發(fā)現(xiàn)在鎳鈷錳陰極中添加單壁碳納米管可以提高整個(gè)電池的電導(dǎo)率和更高的倍率能力。根據(jù)該小組的研究結(jié)果，可以為高功率，高能量電池電極的設(shè)計(jì)提供新的見(jiàn)解。

在改善當(dāng)今能量存儲(chǔ)技術(shù)的眾多途徑中，向電極中添加導(dǎo)電“填充”材料有望帶來(lái)更好的速率能力，導(dǎo)電性和整體電池性能。

由得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校（UTA）領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家解釋說(shuō)：“盡管已經(jīng)廣泛開(kāi)發(fā)了各種導(dǎo)電填料，但對(duì)這些填料的幾何形狀和尺寸如何影響電極電導(dǎo)率，結(jié)構(gòu)以及最終對(duì)電化學(xué)的理解高能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能仍然不足?！?/p>

該小組使用三種不同的導(dǎo)電碳材料進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，以確定哪種材料具有最佳性能。將不同數(shù)量的單壁碳納米管、石墨烯納米片和“ Super P”（一種已經(jīng)在鋰離子電池中通常用作導(dǎo)電填料的炭黑顆粒）添加到鎳鈷錳（NCM）陰極中。

然后使用各種光譜和電化學(xué)表征技術(shù)測(cè)量這些陰極。發(fā)表在《應(yīng)用物理評(píng)論》上的論文揭示了用于高能存儲(chǔ)系統(tǒng)的厚電池電極中導(dǎo)電填料的維數(shù)效應(yīng)。

鋰離子電池的應(yīng)用受到限制，因?yàn)樗鼈儫o(wú)法滿足高功率輸出和可逆儲(chǔ)能的要求。主要挑戰(zhàn)集中在開(kāi)發(fā)既能產(chǎn)生高能量又能產(chǎn)生功率的電極體系結(jié)構(gòu)上。作為關(guān)鍵成分之一，導(dǎo)電填料在電池電極中起著至關(guān)重要的作用，有助于形成導(dǎo)電性和整形電極結(jié)構(gòu)，從而顯著決定倍率能力。

單壁碳納米管（SWCNT）被證明是性能最好的添加劑。該小組觀察到，納米管在NCM顆粒周?chē)纬闪藢?dǎo)電涂層，并且還在NCM顆粒之間形成了相互連接的網(wǎng)絡(luò)。石墨烯納米片具有相似的效果，但形成的結(jié)構(gòu)不太均勻。

最好的SWCNT電極顯示容量142毫安時(shí)每克（mAh/g）的充電率0．2攝氏度，跌至101 mAh / g當(dāng)利率增加到2 C組還發(fā)現(xiàn)，0．16%的體重SWCNTs足以確保良好的導(dǎo)電性。UTA的余桂華（Guihua Yu）解釋說(shuō)：“當(dāng)將導(dǎo)電填料添加到絕緣基質(zhì)中時(shí)，一旦形成穿過(guò)復(fù)合材料的第一條導(dǎo)電路徑，電導(dǎo)率就會(huì)顯著增加?！?/p>

該組織表示，其發(fā)現(xiàn)表明，以這種方式集成SWCNT可以促進(jìn)更好的離子和電荷轉(zhuǎn)移，從而導(dǎo)致性能更好的電池，尤其是在高放電速率下?？傮w而言，對(duì)導(dǎo)電填料行為的進(jìn)一步了解可以為高能量/功率密度電極的設(shè)計(jì)打開(kāi)新的大門(mén)。

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