科學家克服矽融入鋰電池難題 可打造輕便、高容量電池

2020-09-03 cnBeta

在突破電池瓶頸中科學家不斷探索著各種替代材料，而矽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，可以為衛星和太空衣供電。

科學家長期以來一直在研究矽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。

首先，矽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，包括矽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矽的可靠性，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、納米級的矽顆粒配對，團隊稱這種排列方式很像一副牌，矽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矽納米粒子之間保持電連接、這些納米管形成了一個準三維結構，即使在500次循環之後，也能將矽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矽顆粒破裂，它們仍然被鎖在夾層內，能夠發揮其功能。這意味著從理論上來說可以讓電池具備更高的容量，這意味著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衝機制，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。我們必須使電池儘可能輕，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》雜誌上。

資料來源：克萊姆森大學

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