據(jù)報道，來自美國和韓國的科學家們近期共同研究了高能量密度鋰離子電池（LIBs）正極材料降解的根源，并開發(fā)了基于石墨烯的策略來減輕這些降解機理并提高電池的性能。
這項研究是由美國西北大學、克萊姆森大學，以及韓國世宗大學的研究人員共同完成的。該研究主要作者Mark Hersam表示：“LIB中的大多數(shù)降解機制都發(fā)生在與電解質(zhì)接觸的電極表面上。我們試圖了解這些表面的化學性質(zhì)，然后制定使降解最小化的策略?！?/p>
具體而言，研究人員采用表面化學表征作為識別和最小化NCA（鎳，鈷，鋁）納米顆粒合成過程中殘留的氫氧化物和碳酸鹽雜質(zhì)的策略。他們意識到，LIB正極表面首先需要通過適當?shù)耐嘶饋碇苽?，該過程是將正極納米顆粒加熱以去除表面雜質(zhì)，然后通過原子層厚度的石墨烯涂層將其鎖定為所需的結構。
研究結果表明，石墨烯包覆NCA納米粒子制備的陰極具有優(yōu)異的電化學性能，包括低阻抗、高速率性能、高容積能量和功率密度以及長循環(huán)壽命。石墨烯涂層還作為電極表面和電解質(zhì)之間的屏障，進一步提高了電池壽命。
盡管研究人員認為石墨烯涂層本身就足以提高性能，但他們的研究結果表明，在應用石墨烯涂層之前，為了優(yōu)化陰極材料的表面化學性質(zhì)，對陰極材料進行預退火是非常重要的。
據(jù)悉，該研究對于許多新興應用而言可能是很有價值的，尤其是電動汽車和用于可再生能源（如風能和太陽能）的電網(wǎng)級儲能。
此外，雖然這項工作主要集中在富含鎳的LIB陰極上，但是這種方法也可以推廣到其他的儲能電極上，如鈉離子或鎂離子電池，這些電池含有具有高表面積的納米結構材料。因此，這項工作為實現(xiàn)高性能，基于納米粒子的儲能設備建立了一條清晰的道路。
“我們的方法也可以用于提高LIBs和相關儲能技術中陽極的性能。最終，你需要同時優(yōu)化陽極和陰極，以實現(xiàn)最好的電池性能?！盚ersam補充說。