新型硅陽極可取代石墨 提升鋰電池容量和壽命

    鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2022年12月26日  

    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370mAh/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4200mAh/g)。當然,后者也并不是沒有局限性。


    每個充電周期中,當電芯里的硅在和鋰交互時,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,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(cyclizedpolyacrylonitrile,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和電極之間的接觸,因此能夠防止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1000mAh/g、循環使用2275次(比較石墨的500次)、以及99.9%的充放電效率(CoulombicEfficiency)。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》(NatureCommunications)期刊上,相關技術有望在未來一年內實現商業化。

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