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新型硅阳极可取代石墨 提升锂电池容量和寿命

时间:2015-10-28 10:44来源:OFweek 锂电网 作者:西顾
点击: 次
 
　   滑铁卢大学的研究人员们已经开发出了一种新的方法，能够大大提升商用锂离子电池的关键性能。其采用了新型硅阳极来取代常见的石墨阳极，除了可以更小、更轻、更持久之外，还可以应用到从个人设备到电动汽车等各个领域。作为锂离子电池领域的负电极材料，石墨的运用一直比较顺利，但它的缺点也很明显，那就是难以提升容量。
 
　　由于其只能存储相对较少的能量（约370 mAh/g），因此研究人员将目光瞄向了日渐流行起来的硅材料上（可达4200 mAh/g）。当然，后者也并不是没有局限性。
 
　　每个充电周期中，当电芯里的硅在与锂交互时，其膨胀收缩可达300%。而随着时间的推移，它会明显降低电池的性能、短路、并最终导致电池报废。
 
　　为了克服这一问题，最近有其他人尝试过为电池设计纳米级的海绵状硅阳极、只有几微米长的硅纳米线、甚至混合了石墨和碳纳米管。
 
　　不过，滑铁卢大学的科学家们开发出了另一种方法，来修改硅阳极的结构。其借助了掺杂的石墨烯、纳米硅颗粒、以及环化聚丙烯腈（cyclized polyacrylonitrile，常用于制作外科手套）之间的化学反应，从而形成了一种健壮的纳米结构。
 
　　研究人员们在测试后发现，这种阳极设计可以减少锂与电极之间的接触，因此能够避免大部分的膨胀和收缩情况，最终为电池带来更高的稳定性。
 
　　此外，他们还声称其储能可达1000 mAh/g、循环使用2275次（对比石墨的500次）、以及99.9%的充放电效率（Coulombic Efficiency）。此前，硅阳极的电荷转移一直被看作是另一个弱点。
 
　　研究人员称，新阳极可将锂离子电池的能量密度提升40%到60%，因此我们有望看到单次充电后续航里程长达500公里（310英里）的电动汽车。
 
　　这项研究发表在近期的《自然通讯》（Nature Communications）期刊上，相关技术有望在未来一年内实现商业化。
 
(责任编辑：admin)
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