作者凯文·史黛西，布朗大学 研究表明，石墨烯有助于防止电池电解质用陶瓷材料中裂纹的扩展
学分:布朗大学 布朗大学的一组研究人员发现了一种方法，可以将用于制造固态锂离子电池的陶瓷材料的韧性提高一倍
在《物质》杂志上描述的这一策略可能有助于将固态电池推向大众市场
布朗大学工程学院的博士后研究员、该项研究的主要作者克里斯特斯·阿萨纳西奥说:“人们对用陶瓷材料代替现有电池中的液体电解质很感兴趣，因为它们更安全，能提供更高的能量密度。”
到目前为止，固体电解质的研究主要集中在优化其化学性质上
通过这项工作，我们将重点放在机械性能上，希望使它们更安全，更实用，便于广泛使用
" 电解质是电池阴极和阳极之间的屏障，锂离子在充电或放电过程中通过它流动
液体电解质工作得很好——它们在今天使用的大多数电池中都可以找到——但是它们有一些问题
在高电流下，电解液中会形成微小的锂金属细丝，导致电池短路
由于液体电解质也是高度易燃的，这些短路会导致火灾
固体陶瓷电解质不易燃，有证据表明它们可以防止锂丝的形成，锂丝可以使电池在更高的电流下工作
然而，陶瓷是高度易碎的材料，在制造过程和使用过程中会断裂
在这项新的研究中，研究人员想知道在陶瓷中注入石墨烯(一种超强的碳基纳米材料)是否能增加材料的断裂韧性(一种材料在保持电解质功能所需的电子特性的同时，能够承受开裂而不破裂的能力)
阿萨纳西奥与布朗大学的工程学教授布莱恩·谢尔登和尼廷·帕杜尔一起工作，他们多年来一直使用纳米材料来强化用于航空航天工业的陶瓷
为了这项工作，研究人员制作了氧化石墨烯的小片，将它们与一种名为LATP的陶瓷粉末混合，然后加热混合物，形成陶瓷-石墨烯复合材料
复合材料的机械测试显示，与单独的陶瓷相比，韧性增加了两倍以上
阿萨纳西奥说:“当一种材料开始开裂时，石墨烯片基本上将断裂的表面结合在一起，因此裂纹运行需要更多的能量。”
实验还表明，石墨烯不会干扰材料的电性能
关键是要确保在陶瓷中加入适量的石墨烯
太少的石墨烯达不到增韧效果
过多会导致材料导电，这在电解质中是不希望的
“你希望电解液传导离子，而不是电流，”帕杜尔说
“石墨烯是一种很好的电导体，所以人们可能会认为我们在电解液中加入导体是搬起石头砸自己的脚
但是如果我们保持足够低的浓度，我们就可以阻止石墨烯导电，我们仍然可以获得结构上的好处
" 综上所述，研究结果表明纳米复合材料可以为制造更安全的具有机械性能的固体电解质提供一种途径，用于日常应用
该小组计划继续努力改进材料，尝试石墨烯以外的纳米材料和不同类型的陶瓷电解质
“据我们所知，这是迄今为止任何人制造的最坚硬的固体电解质，”谢尔登说
“我认为我们已经表明，在电池应用中使用这些复合材料大有可为
"
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