布朗大学开发出迄今最坚韧的固体电解质，打破能量密度瓶颈

尽管用固态电解质替代锂电池中液体电解质的想法已经被许多人所接受，但在这项技术投入实际使用之前，仍有许多难点需要克服。好消息是，布朗大学的一支研究团队，已经通过掺入陶瓷和石墨烯精细混合物的方法，生产出了迄今为止最坚韧的固体电解质。

相关研究成果以“High-ToughnessInorganicSolidElectrolytesviatheUseofReducedGrapheneOxide”为题，发表在《材料》（Materials）上。

LATP/rGO纳米复合材料的电化学性能（来自：ScienceDirect）

随着电动汽车的快速发展，高能量密度的锂金属电池受到越来越多的关注。目前我们所使用的锂离子电池，工作原理是通过锂离子不断在正负极之间往返运动做工的，充电的时候需要让锂离子嵌入到负极，放电就是锂离子从负极回到正极。

为了提高电池的能量密度，就需要提高正极材料的容量，也需要更高的充电电压，才能尽可能多的把锂离子释放出来，这个时候问题就来了，提高正极材料容量没问题，但是液态电解质不支持很高的充电电压。此外，在传统的液态电解质中，锂金属不稳定的沉积过程以及枝晶生长会引发一系列的安全问题。

近期一项研究指出，通常阳极由铜和石墨制成，但科学家相信固体电解质可搭配纯锂阳极一起工作，从而打破“能量密度瓶颈”。

遗憾的是这项工作并不简单，目前问题主要体现在电池的其它部分可能破裂和被腐蚀。虽然陶瓷足够耐用，但它的物理性质又太脆。

rGo有助防止电池中陶瓷材料的裂纹扩散（图自：BrownUniversity）

有鉴于此，布朗大学研究团队考虑向其中添加少量石墨烯。但作为一种既坚固又轻巧的奇妙材料，它还具有很高的电导率，因此必须谨慎利用这些属性。

研究作者NitinPadture称：我们希望电解质来传递离子、而不是导电。石墨烯是一种良好的导电体，因此人们可能觉得我们是在导体中放入了导体。

但若我们能够将浓度保持在足够低的水平，就可以阻止石墨烯导电，同时仍然享受到其结构性质上的益处。

据悉，研究团队将一定量的氧化石墨烯（rGo）细小薄片与陶瓷粉末混合，然后加热混合物，以形成陶瓷-石墨烯复合材料。

演示配图：性能改进

通过测试，团队证明了仅陶瓷韧性就可提升两倍，且石墨烯不会干扰这种电解质材料的其它电性能。

Athanasiou表示：当材料中出现裂纹时，石墨烯薄片可在实际上将断裂的表面维持在一起，因此需要更大的能量才会将之撕开。

作为迄今为止最坚固的人造固体电解质，我们希望通过进一步的研究，以将之投入日常使用的设备中。cnBeta