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商业化有望新型硅阳极可提升锂离子电池容量和寿命

发布时间:2020-03-23 11:28:27 阅读: 来源:指环厂家

滑铁卢大学的研究人员们已开发出了一种新的方法,能够大大提升商用锂离子电池的关键性能。其采取了新型硅阳极来取代常见的石墨阳极,除可以更小、更轻、更持久以外,还可以应用到从个人装备到电动汽车等各个领域。作为锂离子电池领域的负电极材料,石墨的应用一直比较顺利,但它的缺点也很明显,那就是难以提升容量。

由于其只能存储相对较少的能量(约370 mAh/g),因此研究人员将眼光瞄向了日渐流行起来的硅材料上(可达4200 mAh/g)。固然,后者也并不是没有局限性。

每一个充电周期中,当电芯里的硅在与锂交互时,其膨胀收缩可达300%。而随着时间的推移,它会明显下降电池的性能、短路、并终究致使电池报废。

为了克服这1问题,最近有其他人尝试过为电池设计纳米级的海绵状硅阳极、只有几微米长的硅纳米线、乃至混合了石墨和碳纳米管。

不过,滑铁卢大学的科学家们开发出了另一种方法,来修改硅阳极的结构。其借助了搀杂的石墨烯、纳米硅颗粒、和环化聚丙烯腈(cyclized polyacrylonitrile,常用于制作外科手套)之间的化学反应,从而构成了一种硬朗的纳米结构。

研究人员们在测试后发现,这类阳极设计可以减少锂与电极之间的接触,因此能够避免大部分的膨胀和收缩情况,终究为电池带来更高的稳定性。

另外,他们还宣称其储能可达1000 mAh/g、循环使用2275次(比较石墨的500次)、和99.9%的充放电效力(Coulombic Efficiency)。此前,硅阳极的电荷转移一直被看做是另一个弱点。

研究人员称,新阳极可将锂离子电池的能量密度提升40%到60%,因此我们有望看到单次充电后续航里程长达500千米(310英里)的电动汽车。

这项研究发表在近期的《自然通讯》(Nature Communications)期刊上,相干技术有望在未来1年内实现商业化。

[编译自:Gizmag , 来源:University of Waterloo]

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