[圖]科學家克服硅融入鋰電池難題 可打造輕便、高容量電池

在突破電池瓶頸中科學家不斷探索着各種替代材料,而硅是受到諸多科學家認可、被認為很有前途的一種材料。來自克萊姆森大學的科研團隊近日提出了一種全新的設計方案,克服了將這種材料融入鋰離子電池中的一些問題,從而展示出了一種輕巧的多用途設備,可以為衛星和宇航服供電。

[圖]科學家克服硅融入鋰電池難題 可打造輕便、高容量電池

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科學家長期以來一直在研究硅在鋰離子電池中的潛力,使用這種材料作為陽極組件可以將這些設備的存儲容量提高 10 倍。但想要商用化,需要解決一些問題。

[圖]科學家克服硅融入鋰電池難題 可打造輕便、高容量電池

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首先,硅並不具備像石墨一樣的耐用性。在電池充放電時,往往會膨脹、收縮和分解成小塊。這將導致陽極的惡化和電池的失效。過去幾年間,科學家提出了多種潛在的解決方案,包括硅轉變成海綿狀的納米纖維或微小的納米球,然後再將它們集成到設備中。

來自來自克萊姆森大學的科研團隊希望藉助名為「Buckypaper」的碳納米管薄片來加強硅的可靠性,這種碳納米管薄片被用於開發下一代飛機的隔熱罩。這些薄片與微小的、納米級的硅顆粒配對,團隊稱這種排列方式很像一副牌,硅顆粒夾在每層牌之間。

該研究的第一作者 Shailendra Chiluwal 表示:「獨立的碳納米管片使硅納米粒子之間保持電連接、這些納米管形成了一個准三維結構,即使在500次循環之後,也能將硅納米粒子保持在一起,並減輕了納米粒子破裂所產生的電阻」。

該團隊認為,這種方法的好處是,即使電池的充放電導致硅顆粒破裂,它們仍然被鎖在夾層內,能夠發揮其功能。這意味着從理論上來說可以讓電池具備更高的容量,這意味着能量可以存儲在更輕的電池中,從而降低設備的整體重量。

科學家稱,作為一個額外的獎勵,納米管的使用創造了一種緩沖機制,使電池能夠以當前迭代速度的四倍進行充電。這種輕質、支持快充的高容量電池可以實現多種用途,包括電動汽車、太空探索等等。

研究作者 Ramakrishna Podila 表示:「大多數衛星主要從太陽獲得電力。但衛星必須能夠為它們在地球陰影下的時候儲存能量。我們必須使電池盡可能輕,因為衛星重量越大,其任務成本越高。」

該研究發表在《應用材料與界面》雜志上。

資料來源:克萊姆森大學

來源:cnBeta