商业化有望新型硅阳极可提升锂离子电池容量和寿命

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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