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新型硅陽極可取代石墨提升鋰電池容量和壽命

時間:2015-10-28 10:44來源:OFweek 鋰電網作者:西顧

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　滑鐵盧大學的研究人員們已經開發出了一種新的方法，能夠大大提升商用鋰離子電池的關鍵性能。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，還可以應用到從個人設備到電動汽車等各個領域。作為鋰離子電池領域的負電極材料，石墨的運用一直比較順利，但它的缺點也很明顯，那就是難以提升容量。

　　由于其只能存儲相對較少的能量（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4200 mAh/g）。當然，后者也并不是沒有局限性。

　　每個充電周期中，當電芯里的硅在與鋰交互時，其膨脹收縮可達300%。而隨著時間的推移，它會明顯降低電池的性能、短路、并最終導致電池報廢。

　　為了克服這一問題，最近有其他人嘗試過為電池設計納米級的海綿狀硅陽極、只有幾微米長的硅納米線、甚至混合了石墨和碳納米管。

　　不過，滑鐵盧大學的科學家們開發出了另一種方法，來修改硅陽極的結構。其借助了摻雜的石墨烯、納米硅顆粒、以及環化聚丙烯腈（cyclized polyacrylonitrile，常用于制作外科手套）之間的化學反應，從而形成了一種健壯的納米結構。

　　研究人員們在測試后發現，這種陽極設計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定性。

　　此外，他們還聲稱其儲能可達1000 mAh/g、循環使用2275次（對比石墨的500次）、以及99.9%的充放電效率（Coulombic Efficiency）。此前，硅陽極的電荷轉移一直被看作是另一個弱點。

　　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航里程長達500公里（310英里）的電動汽車。

　　這項研究發表在近期的《自然通訊》（Nature Communications）期刊上，相關技術有望在未來一年內實現商業化。

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