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科學家克服硅融入鋰離子電池難題 可打造輕便、高容量電池

鉅大LARGE  |  點擊量:510次  |  2021年10月19日  

在突破電池瓶頸中科學家不斷探索著各種替代材料,而硅是受到諸多科學家認可、被認為很有前途的一種材料。來自克萊姆森大學的科研團隊近日提出了一種全新的設(shè)計方法,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,要解決一些問題。


首先,硅并不具備像石墨相同的耐用性。在電池充放電時,往往會膨脹、收縮和分解成小塊。這將導致陽極的惡化和電池的失效。過去幾年間,科學家提出了多種潛在的解決方法,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ShailendraChiluwal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出現(xiàn)的電阻”。

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充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

該團隊認為,這種方法的好處是,即使電池的充放電導致硅顆粒破裂,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RamakrishnaPodila表示:“大多數(shù)衛(wèi)星重要從太陽獲得電力。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

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