金属锂被涂覆在石墨烯/碳纳米管混合材料上作为电池负极，锂金属涂覆负极的三维结构，避免形成枝晶
近日消息，莱斯大学的研究人员创建了一种基于石墨烯和碳纳米管混合物的可充电锂电池，其容量是目前商业锂离子电池容量的三倍。这主要归功于他们解决了长久以来困扰锂电池的性能提升的“锂枝晶”问题。
该电池将金属锂涂覆在石墨烯/碳纳米管复合材料上作为负极。石墨烯/碳纳米管无缝复合材料在2012年就首次被莱斯大学的科研人员制备出来了，由于具有三维结构，该材料的比表面积非常大，可以提供丰富的储存锂的空间。
电子显微镜图像显示均匀涂覆有金属锂的碳纳米管。在莱斯大学创建的石墨烯-碳纳米管负极的测试表明，它可以抵抗锂树枝状晶体的形成，延长电池寿命。
该负极材料的容量达到了储存锂金属的理论最大值，可达3351mAh/g，同时还避免了锂枝晶的形成。锂离子电池在多个充/放电周期、大电流充电或者过长充电时间的情况下,容易在负极表面形成锂枝晶(树突状),不仅会缩减电池的电容量,还会导致短路等安全事故。这个难题已经成为阻碍锂电池向续航力能更久、充电更快发展的瓶颈之一。
该研究成果发表在了最新的《ACSNano》杂志上。
共价键合到石墨烯基底上的碳纳米管
由莱斯大学教授JamesTour领导研究团队发现，他们制备的新型锂电池充电时，锂金属会均匀涂覆在由纳米管与石墨烯共价键合形成的高导电碳杂化物表面。该混合物替代了在普通锂离子电池中的石墨负极。这种具有低密度和高表面积的新型纳米管森林负极具有充足的锂离子电池充放电空间。锂离子均匀分布，可以抑制锂枝晶的生长。
该项研究是在2014年取得初步突破的，当时还是Tour课题组的研究生，现在是剑桥大学博士后的Abdul-RahmanRaji开始研究将石墨烯/碳纳米管作为电极材料。他说：当分析一个全电池中与锂钴氧化物阴极组合的阳极材料中储锂的实验结果时，我推测，金属锂必须被镀在电极上。
莱斯大学研制出无缝石墨烯/碳纳米管复合材料（2014）
美国莱斯大学研究人员日前研制出长度可以达到120微米的无缝石墨烯/碳纳米管复合材料，或可作为最好的电极界面材料，在诸多储能和电子器件得到应用。当加热时，碳纳米管通过催化像摩天大楼一样在石墨烯层上开始向上生长，它们将铝氧化物层顶起，铜则作为三维复合材料的优良集电器。电子显微镜图像显示单壁、双壁和三壁纳米管都牢牢地嵌在石墨烯内，同时电测试显示在交接处电流可无阻抗通过。