锂离子电池容量增加有新招 用弄皱的石墨烯球来制成支架

    锂离子电池是现下随处可见的电池，无论 3C 产品或未来的电动车，使用都是锂离子电池为最大宗，于是材料学者与研究人员十分关注锂离子电池的容量、寿命与安全性。近日美国西北大学利用弄皱的石墨烯球，让锂离子电池有突破性的发展，可增加电池的容量并减少晶枝产生。

    西北大学 McCormick 的材料科学教授 Jiaxing Huang 表示，目前的电池中，通常用矽或是石墨来当锂离子电池的阳极材料，但使用这些材料会让电池的电能下降。锂本身即是具导电性的金属，于是他们打算使用锂做阳极材料。

    但锂活性较强，在充放电时容易沉积，并在阳极产生树枝状晶枝，进而阻碍电池的性能或是刺穿绝缘层，最终导致电池短路或是爆炸。目前各国厂商与研究所也正寻找缓解晶枝生长的方法，例如使用不同的电解液。

    也有研究人员认为可以制造一个支架，让锂金属沉积在上面，但随着充放电次数增加，锂的体积会产生变化，导致支架不堪负荷。西北大学的研究人员则发现可以用凹凸不平的石墨烯球堆叠做成支架，除了能承受锂的压力，也可以防止晶枝生长。

    西北大学早在 2011 年就开始研究弄皱的石墨烯球，其将石墨烯雾化（atomizing）成微小的水滴形状，利用水分蒸发时的毛细管力（capillary force）作用，将石墨烯变成粗糙的球形。当时研究发现，由于可以保有石墨烯的导电性与表面积大小，皱皱的石墨烯球更能保存能量。

    而如今西北大学将石墨烯球堆叠成多孔支架，让锂金属可沉积在上面，避免晶枝生长。Huang 表示，他们要制造一个可在高压状态下强度足够、不会破裂的支架。而我们的策略是反向思考，利用松散的颗粒制成，不是将石墨烯球紧密固定住。

    该石墨烯支架具有导电性，可以让锂离子在阴极与阳极间流动，而当锂沉积时，石墨烯球会相互分开，在锂耗尽时再组装回去。中国天津大学化学工程系副教授 Jiayan Luo 表示，弄皱的石墨烯球也不会黏成一团，可封装成均匀且连续的固体。

    与一般石墨做阳极的电池相比，该电池的溶液重量较轻，且能在频繁充放电时负荷锂离子的沉积作用。以往的电池仅能让锂沉积几十微米，该电池则能堆叠高达 150 微米的锂离子。