Graphen-Kugeln klettern die Leiter zum Batterieerfolg

Aufbauend auf der Arbeit begann Jiaxing Huang, Professor für Materialwissenschaften und Maschinenbau an der Universität zu Berlin Northwest Universität McCormick School of EngineeringJiayan Luo, Professor für Chemieingenieurwesen an der Tianjin-Universität in China, verwendete zerknitterte Graphen-Kugeln, um ein Gerüst herzustellen, das leicht umgestapelt werden kann, um den Stress des schwankenden Lithiumvolumens in der Batterie zu überstehen, bevor sich Dendriten ansammeln können. In seiner ursprünglichen Forschung hat Huang zuerst die zerknitterten papierballähnlichen Partikel hergestellt, indem er eine Dispersion von Blättern auf Graphenbasis in winzige Wassertröpfchen zerstäubt hat. Als das Wasser verdunstete, erzeugten sie eine Kapillarkraft, die die Blätter zu kleinen "Kugeln" zusammenschrumpfte.

Wenn die Batterie aufgeladen wird, kann Lithium entlang der Oberfläche des Gerüsts abgelagert werden, um Dendritenwachstum zu vermeiden. Anstatt zu versuchen, eine unzerbrechliche Struktur zu schaffen, erklärte Huang, war der Ansatz, ultrafeine Graphenteilchen lose zu stapeln, die sich auseinander bewegen können, wenn das Lithium abgeschieden und wieder zusammengesetzt wird, wenn das Lithium aufgebraucht ist. Die Teilchen sehen wie Papierkugeln aus und sind leitfähig, damit die Lithiumionen schnell entlang der Oberfläche fließen.

Luo und Huang Co-Autor einer Forschungsarbeit, veröffentlicht in Joule, über die Forschung, die auch festgestellt, dass die zerknitterten Graphen-Kugeln keine Cluster bilden, sondern gleichmäßig verteilt sind. Im Vergleich zu Batterien, die Graphit in der Anode verwenden, ist die Batterie, die Graphenkugeln verwendet, leichter und kann eine höhere Ladung von Lithium während des Lade-Entlade-Zyklus stabilisieren. Es hält auch Lithium gestapelt 150μm statt 10s von Mikrometern in typischen Batterien.

Die Forschung wurde von der National Natural Science Foundation in China, der Natural Science Foundation in Tianjin, China, dem State Key Laboratory of Chemical Engineering und dem Office of Naval Research unterstützt.

Ein vorläufiges Patent wurde durch das Büro für Innovation und neue Investitionen der Northwestern University eingereicht.