硅融入锂电池难题被克服 可打造轻便、高容量电池

2020-09-10 10:30 ryder

  在突破电池瓶颈中科学家不断探索着各种替代材料,而硅是受到诸多科学家认可、被认为很有前途的一种材料。来自克莱姆森大学的科研团队近日提出了一种全新的设计方案,克服了将这种材料融入锂离子电池中的一些问题,从而展示出了一种轻巧的多用途设备,可以为卫星和宇航服供电。

 

  科学家长期以来一直在研究硅在锂离子电池中的潜力,使用这种材料作为阳极组件可以将这些设备的存储容量提高10倍。但想要商用化,需要解决一些问题。

  首先,硅并不具备像石墨一样的耐用性。在电池充放电时,往往会膨胀、收缩和分解成小块。这将导致阳极的恶化和电池的失效。过去几年间,科学家提出了多种潜在的解决方案,包括硅转变成海绵状的纳米纤维或微小的纳米球,然后再将它们集成到设备中。

  来自来自克莱姆森大学的科研团队希望借助名为“Buckypaper”的碳纳米管薄片来加强硅的可靠性,这种碳纳米管薄片被用于开发下一代飞机的隔热罩。这些薄片与微小的、纳米级的硅颗粒配对,团队称这种排列方式很像一副牌,硅颗粒夹在每层牌之间。

  该研究的第一作者Shailendra Chiluwal表示:“独立的碳纳米管片使硅纳米粒子之间保持电连接、这些纳米管形成了一个准三维结构,即使在500次循环之后,也能将硅纳米粒子保持在一起,并减轻了纳米粒子破裂所产生的电阻”。

  该团队认为,这种方法的好处是,即使电池的充放电导致硅颗粒破裂,它们仍然被锁在夹层内,能够发挥其功能。这意味着从理论上来说可以让电池具备更高的容量,这意味着能量可以存储在更轻的电池中,从而降低设备的整体重量。


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