硅和磷烯復(fù)合物陽極提升鋰電池充電速率及容量

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據(jù)外媒報道,印度科學(xué)教育和研究學(xué)院(Indian Institute of Science Education and Research,IISER)的一支研究團(tuán)隊采用硅和磷烯(phosphorene)研發(fā)全新的復(fù)合物,用于制作鋰離子電池的陽極,該團(tuán)隊由Satishchandra Ogale牽頭。

據(jù)科研人員透露,該材料非常高效,相較于當(dāng)前的鋰離子電池,新款陽極材料將電池的充電速度和電池容量分別提升了3倍和5倍,同時還降低了電池的整體重量。若僅將硅用作電池的陽極材料,會導(dǎo)致其循環(huán)穩(wěn)定性較弱。

作為實驗的一環(huán),IISER研發(fā)人員利用磷烯,在純型的二維材料,其利用納米硅顆粒物及少量黑磷烯層或純磷烯來制作電池陽極。

Ogale表示:“事實上,使用磷烯所取得的性能優(yōu)勢源自于磷烯的結(jié)構(gòu)性設(shè)計,可提供較高的靈活性及彈性。而高度的機(jī)械靈活性使其能夠容納電池內(nèi)的鋰離子,提升電池的充電速度?！?/p>

研究人員表示,該電池采用了新研發(fā)的材料,該類材料或許也能被用于傳感器、場效應(yīng)晶體管(field effect transistors)及光電元件(optoelectronic devices)。

IISER或許能在實現(xiàn)相同容量的情況下,縮小電池的尺寸并減輕其重量。

該研究的首席作者Kingshuk Roy表示:“盡管硅基電池是未來的發(fā)展方向,最大的挑戰(zhàn)在于維持其高度的穩(wěn)定性,從而延長電池的充放電使用壽命?！?/p>

在第一次充電測試中,新款電池的容量保持率為78%,這意味著不可逆損失(irreversible loss)微乎其微,而這類不可逆損失恰恰是鋰電池硅基陽極與碳復(fù)合物混合后的通病。

磷烯具有結(jié)構(gòu)性優(yōu)勢,可被用作粘合劑,防止開裂。在高充電速率條件下,對其進(jìn)行觀察。

據(jù)稱,該款材料制作的鋰電池可耐受數(shù)百次充放電循環(huán)。