科學(xué)家克服硅融入鋰電池難題 可打造輕便、高容量電池

在突破電池瓶頸中科學(xué)家不斷探索著各種替代材料，而硅是受到諸多科學(xué)家認可、被認為很有前途的一種材料。來自克萊姆森大學(xué)的科研團隊近日提出了一種全新的設(shè)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(shè)備，可以為衛(wèi)星和宇航服供電。

科學(xué)家長期以來一直在研究硅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(shè)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，硅并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(dǎo)致陽極的惡化和電池的失效。過去幾年間，科學(xué)家提出了多種潛在的解決方案，包括硅轉(zhuǎn)變成海綿狀的納米纖維或微小的納米球，然后再將它們集成到設(shè)備中。

來自來自克萊姆森大學(xué)的科研團隊希望借助名為“Buckypaper”的碳納米管薄片來加強硅的可靠性，這種碳納米管薄片被用于開發(fā)下一代飛機的隔熱罩。這些薄片與微小的、納米級的硅顆粒配對，團隊稱這種排列方式很像一副牌，硅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硅納米粒子之間保持電連接、這些納米管形成了一個準(zhǔn)三維結(jié)構(gòu)，即使在500次循環(huán)之后，也能將硅納米粒子保持在一起，并減輕了納米粒子破裂所產(chǎn)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(dǎo)致硅顆粒破裂，它們?nèi)匀槐绘i在夾層內(nèi)，能夠發(fā)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(shè)備的整體重量。

科學(xué)家稱，作為一個額外的獎勵，納米管的使用創(chuàng)造了一種緩沖機制，使電池能夠以當(dāng)前迭代速度的四倍進行充電。這種輕質(zhì)、支持快充的高容量電池可以實現(xiàn)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(shù)衛(wèi)星主要從太陽獲得電力。但衛(wèi)星必須能夠為它們在地球陰影下的時候儲存能量。我們必須使電池盡可能輕，因為衛(wèi)星重量越大，其任務(wù)成本越高。”

該研究發(fā)表在《應(yīng)用材料與界面》雜志上。

資料來源：克萊姆森大學(xué)