日前，布朗大學的一個研究小組發現瞭(le)一種方法，可以将用於(yú)制造固态锂離子電池的陶瓷材料的韌性提高一倍，該方法有助於(yú)将固态電池推向大衆市場。

　　“人們對用陶瓷材料取代現有電池中的電解液非常感興趣，因爲它們更安全，而且能提供更高的能量密度，”布朗工程學院的博士後研究員、這項研究的第一作者Christos Athanasiou說。到目前爲止，對固體電解質的研究主要集中在優化它們的化學性質上。在這項工作中，我們将重點(diǎn)放在機械性能上，希望令他們的使用變(biàn)得更安全、更實用和更廣泛。”

　　電解液是電池正極和負極之間的屏障，锂離子在充電或放電時通過電解液流動。液态電解質是目前比較理想的锂電材料，大多數電池都是採(cǎi)用液态電解質，但它們依然存在一些問題。在大電流下，電解液内部會形成微小的锂金屬絲，從而導緻電池短路。由於(yú)液體電解質也是高度易燃的，短路最終可能導緻火災。

　　固體陶瓷電(diàn)解質則是不易燃的，有證據表明它們可以防止锂絲的形成，而锂絲可以令電(diàn)池在更高的電(diàn)流下工作。然而，陶瓷是高脆性材料，在制造和使用過程中可能會斷(duàn)裂。

在這項研究中，研究人員想知道，在陶瓷中注入石墨烯是否可以增加材料的斷(duàn)裂韌性，同時保持電(diàn)解質功能所需的電(diàn)子性能。

　　Athanasiou與布朗大學工程學教授Brian Sheldon和Nitin Padture合作，他們多年來一直在使用納米材料來加固用於(yú)航空航天工業的陶瓷。在這項工作中，研究人員制造瞭(le)氧化石墨烯的微小片晶，将其與一種叫做LATP的陶瓷粉末混合，然後将混合物加熱以形成一種陶瓷-石墨烯複合材料。

　　對複合材料的力學測試表明，與單獨使用陶瓷相比，複合材料的韌性增加瞭(le)兩倍以上。實驗還表明，石墨烯不會影響材料的電學性能。關鍵是要確(què)保在陶瓷中加入适量的石墨烯。而石墨烯過少則無法達到增韌效果。過多會導緻材料導電，這在電解質中是不需要的。

　　“你希望電解質能傳(chuán)導離子，而不是電，”Padture說。“石墨烯導電性良好，因此人們可能會認爲在電解液中加入導體是在搬起石頭砸自己的腳。但如果我們将濃度保持在足夠低的水平，就可以阻止石墨烯導電，同時我們仍能獲得結構上的好處(chù)。”

　　綜合來看，這些結果表明，納米複合材料可以提供一條道路，使力學性能更安全的固體電解質用於(yú)日常應用。該小組計劃繼續改進這種材料，嘗(cháng)試石墨烯以外的納米材料和不同類型的陶瓷電解質。

　　該(gāi)研究發(fā)表在Matter上。