中國粉體網訊 日前，布朗大學的一個研究小組發(fā)現了一種方法,，可以將用于制造固態(tài)鋰離子電池的陶瓷材料的韌性提高一倍,，該方法有助于將固態(tài)電池推向大眾市場。
“人們對用陶瓷材料取代現有電池中的電解液非常感興趣,，因為它們更安全,，而且能提供更高的能量密度,，”布朗工程學院的博士后研究員、這項研究的第一作者Christos Athanasiou說,。到目前為止,，對固體電解質的研究主要集中在優(yōu)化它們的化學性質上。在這項工作中,，我們將重點放在機械性能上,，希望令他們的使用變得更安全、更實用和更廣泛,�,！�
電解液是電池正極和負極之間的屏障，鋰離子在充電或放電時通過電解液流動,。液態(tài)電解質是目前比較理想的鋰電材料,，大多數電池都是采用液態(tài)電解質，但它們依然存在一些問題,。在大電流下,，電解液內部會形成微小的鋰金屬絲，從而導致電池短路,。由于液體電解質也是高度易燃的,，短路最終可能導致火災。
固體陶瓷電解質則是不易燃的,，有證據表明它們可以防止鋰絲的形成，而鋰絲可以令電池在更高的電流下工作,。然而,，陶瓷是高脆性材料，在制造和使用過程中可能會斷裂,。
圖片來源：布朗大學
在這項研究中,，研究人員想知道，在陶瓷中注入石墨烯是否可以增加材料的斷裂韌性,，同時保持電解質功能所需的電子性能,。
Athanasiou與布朗大學工程學教授Brian Sheldon和Nitin Padture合作，他們多年來一直在使用納米材料來加固用于航空航天工業(yè)的陶瓷,。在這項工作中,，研究人員制造了氧化石墨烯的微小片晶，將其與一種叫做LATP的陶瓷粉末混合,，然后將混合物加熱以形成一種陶瓷－石墨烯復合材料,。
對復合材料的力學測試表明，與單獨使用陶瓷相比,，復合材料的韌性增加了兩倍以上,。實驗還表明,，石墨烯不會影響材料的電學性能。關鍵是要確保在陶瓷中加入適量的石墨烯,。而石墨烯過少則無法達到增韌效果,。過多會導致材料導電，這在電解質中是不需要的,。
“你希望電解質能傳導離子,，而不是電，”Padture說,�,！笆⿲щ娦粤己茫虼巳藗兛赡軙J為在電解液中加入導體是在搬起石頭砸自己的腳,。但如果我們將濃度保持在足夠低的水平,，就可以阻止石墨烯導電，同時我們仍能獲得結構上的好處,�,！�
綜合來看，這些結果表明,，納米復合材料可以提供一條道路,，使力學性能更安全的固體電解質用于日常應用。該小組計劃繼續(xù)改進這種材料,，嘗試石墨烯以外的納米材料和不同類型的陶瓷電解質,。
該研究發(fā)表在Matter上。
（中國粉體網編輯整理/山川）
注：圖片非商業(yè)用途,，存在侵權告知刪除
