當(dāng)前位置: 電池聯(lián)盟網(wǎng) > 前沿 >
重大突破！科學(xué)家發(fā)現(xiàn)“拱形”納米硅陽(yáng)極 可大大提高鋰離子電池容量
時(shí)間:2021-02-06 17:44來(lái)源:財(cái)聯(lián)社 作者:綜合報(bào)道
點(diǎn)擊:
次
近期，沖繩科學(xué)技術(shù)大學(xué)院大學(xué)（OIST）的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種特殊結(jié)構(gòu)——拱形納米硅陽(yáng)極，可以改善一直以來(lái)鋰離子電池石墨陽(yáng)極所存在的弊端。該研究成果已于本月5日刊登在了《通信材料》（Communications Materials）雜志上。
功能強(qiáng)大、攜帶方便、可充電的鋰離子電池是現(xiàn)代技術(shù)的重要組成部分，廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、筆記本電腦和電動(dòng)汽車等。隨著人類逐步遠(yuǎn)離化石燃料，它們?cè)谖磥?lái)改變存儲(chǔ)和消費(fèi)電力方式的潛力得到了各界的認(rèn)可。傳統(tǒng)上，石墨被用作鋰離子電池的陽(yáng)極，但是這種碳材料有很大的局限性。
研究人員解釋稱，當(dāng)電池充電時(shí)，鋰離子被迫從電池的一端（陰極）通過(guò)電解質(zhì)溶液移動(dòng)到電池的另一端（陽(yáng)極）。然后，當(dāng)電池被使用時(shí)，鋰離子會(huì)回到陰極，電池釋放電流。然而，在石墨陽(yáng)極中，一個(gè)鋰離子需要六個(gè)碳原子來(lái)存儲(chǔ)，所以這些電池的能量密度很低。
隨著科學(xué)和工業(yè)界都在不斷探索使用鋰離子電池為電動(dòng)汽車和航天飛機(jī)提供動(dòng)力，提高能量密度如今也變得愈發(fā)重要。研究人員現(xiàn)在正在尋找新的材料，可以增加鋰離子在陽(yáng)極中的存儲(chǔ)數(shù)量。目前，最有希望的候選材料之一是硅，它可以為每一個(gè)硅原子綁定四個(gè)鋰離子。
研究人員說(shuō)，“硅陽(yáng)極在給定體積內(nèi)可以儲(chǔ)存的電荷是石墨陽(yáng)極的十倍，在能量密度方面要高出整整一個(gè)數(shù)量級(jí)。但問(wèn)題是，當(dāng)鋰離子進(jìn)入陽(yáng)極時(shí)，體積變化是巨大的，高達(dá)400%左右，這會(huì)導(dǎo)致電極斷裂。”
此外，巨大的體積變化也阻止了電解質(zhì)和陽(yáng)極之間保護(hù)層的穩(wěn)定形成。因此，每當(dāng)電池充電時(shí)，這一層就必須不斷地改造，耗盡有限的鋰離子供應(yīng)，并降低電池的壽命和可充電性。
該研究資深作者Grammatikopoulos博士表示，“我們的目標(biāo)是嘗試創(chuàng)造一種更堅(jiān)固的陽(yáng)極，能夠抵抗這些壓力，能夠吸收盡可能多的鋰，并確保盡可能多的充電循環(huán)。我們采用的方法是用納米顆粒構(gòu)建一個(gè)結(jié)構(gòu)。”
如下圖所示，在第一階段，硅薄膜以剛性但不穩(wěn)定的柱狀結(jié)構(gòu)存在。在第二階段，柱子在頂部接觸，形成拱形結(jié)構(gòu)，由于拱的作用，拱形結(jié)構(gòu)很堅(jiān)固。在第三階段，硅原子進(jìn)一步沉積形成海綿狀結(jié)構(gòu)。紅色虛線顯示了硅在施力時(shí)是如何變形的。
Grammatikopoulos博士說(shuō)，“拱形結(jié)構(gòu)很堅(jiān)固，就像土木工程中的拱門一樣堅(jiān)固。同樣的概念也適用于納米尺度。”
重要的是，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的增加也與電池性能的提高相一致。當(dāng)科學(xué)家們進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)鋰離子電池的充電容量增加了。保護(hù)層也更穩(wěn)定，這意味著電池可以承受更多的充電循環(huán)。
這種拱形結(jié)構(gòu)及其獨(dú)特特性的揭示不僅是鋰離子電池中硅陽(yáng)極商業(yè)化的重要一步，而且在材料科學(xué)領(lǐng)域中還有許多其他潛在的應(yīng)用。
研究人員表示：“當(dāng)需要堅(jiān)固且能承受各種壓力的材料時(shí)，就可以使用這種拱形結(jié)構(gòu)，比如用于生物植入物或儲(chǔ)存氫氣。你只需要知道材料的確切類型，是更硬還是更軟，更有彈性還是不那么有彈性，只需簡(jiǎn)單地改變層的厚度就可以精確地實(shí)現(xiàn)，這就是納米結(jié)構(gòu)的魅力所在。”
文章標(biāo)簽：
鋰離子電池
納米硅陽(yáng)極
免責(zé)聲明：本文僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn)，與中國(guó)電池聯(lián)盟無(wú)關(guān)。其原創(chuàng)性以及文中陳述文字和內(nèi)容未經(jīng)本網(wǎng)證實(shí)，對(duì)本文以及其中全部或者部分內(nèi)容、文字的真實(shí)性、完整性、及時(shí)性本站不作任何保證或承諾，請(qǐng)讀者僅作參考，并請(qǐng)自行核實(shí)相關(guān)內(nèi)容。
凡本網(wǎng)注明 “來(lái)源：XXX（非中國(guó)電池聯(lián)盟）”的作品，均轉(zhuǎn)載自其它媒體，轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)。
如因作品內(nèi)容、版權(quán)和其它問(wèn)題需要同本網(wǎng)聯(lián)系的，請(qǐng)?jiān)谝恢軆?nèi)進(jìn)行，以便我們及時(shí)處理。
QQ：503204601
郵箱：cbcu@m.astra-soft.com
凡本網(wǎng)注明 “來(lái)源：XXX（非中國(guó)電池聯(lián)盟）”的作品，均轉(zhuǎn)載自其它媒體，轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)。
如因作品內(nèi)容、版權(quán)和其它問(wèn)題需要同本網(wǎng)聯(lián)系的，請(qǐng)?jiān)谝恢軆?nèi)進(jìn)行，以便我們及時(shí)處理。
QQ：503204601
郵箱：cbcu@m.astra-soft.com
猜你喜歡
-
哈佛科學(xué)家研發(fā)“三明治式電池” 充電時(shí)間僅10分鐘
2021-05-17 12:21 -
深海貧氧環(huán)境海水電池取得突破！
2021-05-12 10:18 -
新架構(gòu)助力全固態(tài)軟包鋅空電池性能取得突破
2021-05-10 09:43 -
科學(xué)家開發(fā)有機(jī)無(wú)金屬電池 在酸性溶液中降解后可回收利用
2021-05-08 10:28 -
重大突破！美國(guó)科學(xué)家研發(fā)3D鋁電極 為低成本環(huán)保電池鋪平道路
2021-04-08 09:40 -
日本科學(xué)家開發(fā)新技術(shù)解決鋰電池最大問(wèn)題
2021-03-11 10:44 -
科學(xué)家發(fā)現(xiàn)新聚合物材料 可防止鋰電池起火
2021-03-08 08:38 -
極低氣溫下鋰電池趴窩？科學(xué)家提出新解決方案
2021-03-03 09:17 -
Jeff Dahn：無(wú)負(fù)極鋰金屬電池壽命突破延長(zhǎng)到上千次！
2021-02-27 12:44
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
專題
相關(guān)新聞
-
哈佛科學(xué)家研發(fā)“三明治式電池” 充電時(shí)間僅10分鐘
2021-05-17 12:21 -
深海貧氧環(huán)境海水電池取得突破！
2021-05-12 10:18 -
新架構(gòu)助力全固態(tài)軟包鋅空電池性能取得突破
2021-05-10 09:43 -
科學(xué)家開發(fā)有機(jī)無(wú)金屬電池 在酸性溶液中降解后可回收利用
2021-05-08 10:28 -
重大突破！美國(guó)科學(xué)家研發(fā)3D鋁電極 為低成本環(huán)保電池鋪平道路
2021-04-08 09:40 -
日本科學(xué)家開發(fā)新技術(shù)解決鋰電池最大問(wèn)題
2021-03-11 10:44 -
科學(xué)家發(fā)現(xiàn)新聚合物材料 可防止鋰電池起火
2021-03-08 08:38
本月熱點(diǎn)
-
2020年鋰電池行業(yè)研究報(bào)告
2021-05-11 11:24 -
突發(fā)｜深圳一鋰電企業(yè)停止經(jīng)營(yíng)、解散員工！
2021-05-11 10:02 -
4月我國(guó)動(dòng)力電池裝車量同比上升134.0%
2021-05-13 08:26 -
如何看待Pack內(nèi)鐵鋰和三元混用
2021-06-01 09:25 -
可充電中性鋅空氣電池：進(jìn)展，挑戰(zhàn)和未來(lái)
2021-05-19 10:59 -
揭開贛鋒鋰業(yè)的家底
2021-06-03 09:46 -
“電池荒”來(lái)襲，生產(chǎn)純電動(dòng)汽車的車企要被卡脖子了？
2021-06-01 21:22
©2017 版權(quán)所有 電池聯(lián)盟 華杰永泰科技（北京）有限公司 承辦 Power by DedeCms
價(jià)值成就行業(yè)品牌！竭誠(chéng)為您提供最新最熱的資訊
京ICP備09081210號(hào)
價(jià)值成就行業(yè)品牌！竭誠(chéng)為您提供最新最熱的資訊
京ICP備09081210號(hào)
企業(yè)微信號(hào)
微信公眾號(hào)