新型硅陽極可取代石墨 提升鋰電池容量和壽命

時(shí)間:2015-10-28 10:44來源:OFweek 鋰電網(wǎng) 作者:西顧
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　   滑鐵盧大學(xué)的研究人員們已經(jīng)開發(fā)出了一種新的方法，能夠大大提升商用鋰離子電池的關(guān)鍵性能。其采用了新型硅陽極來取代常見的石墨陽極，除了可以更小、更輕、更持久之外，還可以應(yīng)用到從個(gè)人設(shè)備到電動(dòng)汽車等各個(gè)領(lǐng)域。作為鋰離子電池領(lǐng)域的負(fù)電極材料，石墨的運(yùn)用一直比較順利，但它的缺點(diǎn)也很明顯，那就是難以提升容量。
 
　　由于其只能存儲(chǔ)相對(duì)較少的能量（約370 mAh/g），因此研究人員將目光瞄向了日漸流行起來的硅材料上（可達(dá)4200 mAh/g）。當(dāng)然，后者也并不是沒有局限性。
 
　　每個(gè)充電周期中，當(dāng)電芯里的硅在與鋰交互時(shí)，其膨脹收縮可達(dá)300%。而隨著時(shí)間的推移，它會(huì)明顯降低電池的性能、短路、并最終導(dǎo)致電池報(bào)廢。
 
　　為了克服這一問題，最近有其他人嘗試過為電池設(shè)計(jì)納米級(jí)的海綿狀硅陽極、只有幾微米長(zhǎng)的硅納米線、甚至混合了石墨和碳納米管。
 
　　不過，滑鐵盧大學(xué)的科學(xué)家們開發(fā)出了另一種方法，來修改硅陽極的結(jié)構(gòu)。其借助了摻雜的石墨烯、納米硅顆粒、以及環(huán)化聚丙烯腈（cyclized polyacrylonitrile，常用于制作外科手套）之間的化學(xué)反應(yīng)，從而形成了一種健壯的納米結(jié)構(gòu)。
 
　　研究人員們?cè)跍y(cè)試后發(fā)現(xiàn)，這種陽極設(shè)計(jì)可以減少鋰與電極之間的接觸，因此能夠避免大部分的膨脹和收縮情況，最終為電池帶來更高的穩(wěn)定性。
 
　　此外，他們還聲稱其儲(chǔ)能可達(dá)1000 mAh/g、循環(huán)使用2275次（對(duì)比石墨的500次）、以及99.9%的充放電效率（Coulombic Efficiency）。此前，硅陽極的電荷轉(zhuǎn)移一直被看作是另一個(gè)弱點(diǎn)。
 
　　研究人員稱，新陽極可將鋰離子電池的能量密度提升40%到60%，因此我們有望看到單次充電后續(xù)航里程長(zhǎng)達(dá)500公里（310英里）的電動(dòng)汽車。
 
　　這項(xiàng)研究發(fā)表在近期的《自然通訊》（Nature Communications）期刊上，相關(guān)技術(shù)有望在未來一年內(nèi)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。
 
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