High energy density flexible and ecofriendly lithium-ion smart battery

材料科学 电池(电) 碳纳米管 电极 储能 锂离子电池 纳米技术 量子力学 物理 物理化学 功率(物理) 化学
作者
O. A. Kuznetsov,Shaswat Mohanty,Elena Pigos,Gugang Chen,Wei Cai,Avetik R. Harutyunyan
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier]
卷期号:54: 266-275 被引量:19
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2022.10.023
摘要

The rapidly growing battery market demands both high energy density and waste-management solutions for the anticipated global annual battery waste of about two million metric tons. To address the energy-environment dilemma, we developed self-standing composite electrodes for Li-ion batteries without electrochemically inactive metal current collectors, additives, and binders, increasing energy density by up to 40%. The electrodes were prepared via in situ mixing of as-grown single-wall carbon nanotubes (SWNTs) with aerosolized electrode active materials, leading to adequate electrical conductivity and mechanical robustness. The SWNT scaffold exhibits a piezoresistive effect, with resistance depending on the voltage-weighted number of inter-nanotube contacts. We exploit this intrinsic piezoresistance of SWNT network for operando self-monitoring of battery structural health. The proposed solution-free battery fabrication technology and architecture eliminates environmentally harmful components and enables recycling by simple mechanical separation, aiming at safety and circular economy.

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