最新基于石墨烯的技术可从根本上改变电池的安全性和性能
斯旺西大学（Swansea
University）的研究人员及其合作者开发出了一种可扩展的方法，用于生产无缺陷的石墨烯电流收集器，从而大大提高了锂离子电池的安全性和性能。这些石墨烯箔具有优异的导热性和耐久性，可降低热失控风险，提高电池效率，特别是在电动汽车中。
研究人员开发出了一种生产大型石墨烯集流器的可扩展方法，可显著提高锂离子电池的安全性和性能。斯旺西大学的研究人员与武汉理工大学和深圳大学合作，开发出一种制造大规模石墨烯电流收集器的创新方法。这一突破有望大大提高锂离子电池（LIB）的安全性和性能，从而解决储能技术中的一个关键难题。
该研究发表在《自然-化学工程》（Nature Chemical Engineering）杂志上，详细介绍了在商业规模上制造无缺陷石墨烯箔的首个成功方案。这些箔片具有非凡的热导率，高达 1，400.8 W m-1 K-1，比 LIB 中使用的传统铜和铝电流收集器高出近十倍。
"这是电池技术向前迈出的重要一步，"共同第一作者、斯旺西大学的 Rui Tan 博士说。"我们的方法使石墨烯电流收集器的生产规模和质量可以很容易地集成到商业电池制造中。这不仅能通过有效管理热量提高电池安全性，还能提高能量密度和电池寿命。"
在开发高能锂电池（尤其是电动汽车中使用的锂电池）的过程中，最紧迫的问题之一是热失控--这是一种过热导致电池失效的危险情况，通常会引发火灾或爆炸。这些石墨烯电流收集器旨在通过有效散热和防止导致热失控的放热反应来降低这种风险。
可扩展的石墨烯电流收集器。资料来源：斯旺西大学
共同第一作者、深圳大学的杨金龙博士解释说："我们的致密、排列整齐的石墨烯结构为可燃气体的形成提供了一道坚固的屏障，并防止氧气渗透到电池单元中，这对于避免灾难性故障至关重要。"
新开发的工艺不仅在实验室取得了成功，而且是一种可扩展的解决方案，能够生产长度从几米到几千米不等的石墨烯箔。研究人员生产出了厚度为 17 微米、长达 200 米的石墨烯箔，充分展示了该工艺的潜力。这种石墨烯箔在弯曲 10 万次后仍能保持高导电性，因此非常适合用于柔性电子产品和其他先进应用。
这种新方法还可以生产出厚度可定制的石墨烯箔，从而生产出更高效、更安全的电池。
这项创新可能会对未来的储能技术产生深远影响，特别是在对安全和效率要求极高的电动汽车和可再生能源系统中。由武汉理工大学的麦立强教授和何大平教授、深圳大学的杨金龙博士以及斯旺西大学的谭睿博士领导的国际合作研究团队正在继续完善他们的工艺，不断努力减小石墨烯箔的厚度，进一步提高其机械性能，并在斯旺西大学塞雷娜-马戈多纳教授团队的协助下，探索这种新材料在锂离子电池之外的应用，如氧化还原液流电池和钠离子电池。
编译自/ScitechDaily
DOI: 10.1038/s44286-024-00103-8
