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“硅陽極鋰預(yù)置”的方式可將鋰電池密度提升25%
時(shí)間:2020-06-23 10:33來源:cnBeta 作者:綜合報(bào)道
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對(duì)下一代電池架構(gòu)的追求讓科學(xué)家們探索各種替代材料，而一段時(shí)間以來，硅一直被視為一個(gè)很好的候選材料。使用這種豐富的元素作為鋰離子電池的陽極，可以顯著提高其能量密度，而韓國的科學(xué)家們現(xiàn)在已經(jīng)提出了解決阻礙其發(fā)展的關(guān)鍵障礙之一的方法。
如今的鋰離子電池使用石墨作為陽極的材料，這個(gè)帶正電的電極與帶負(fù)電的陰極配合，在充電過程中來回穿梭鋰離子。這些電池能夠?yàn)榻裉斓氖謾C(jī)和電動(dòng)汽車提供動(dòng)力，但將石墨換成硅，可以儲(chǔ)存四倍的鋰離子，可以使手機(jī)持續(xù)數(shù)天，或汽車每次充電可行駛數(shù)百英里。
但事實(shí)證明，將硅加工成鋰離子電池，使其發(fā)揮最大的潛力是有問題的。科學(xué)家們一直在努力解決的問題之一是容量的快速下降，硅基陽極僅在初始充電周期內(nèi)就會(huì)脫落20%以上的鋰離子。
克服這一問題的方法之一是通過一種被稱為 "鋰預(yù)置"的技術(shù)，即在組裝電池之前加入額外的鋰，以彌補(bǔ)循環(huán)過程中的損失。通常是通過使用鋰粉來嘗試，盡管這很昂貴，而且容易帶來安全風(fēng)險(xiǎn)。
韓國科學(xué)技術(shù)研究院（KIST）的科學(xué)家們提出了一種新的方法，在硅電池陽極上預(yù)裝鋰，作為提高其能量密度的一種方法，該團(tuán)隊(duì)沒有添加鋰粉，而是將硅陽極浸泡在一種特殊的溶液中5分鐘，從而引發(fā)化學(xué)反應(yīng)，令鋰離子滲入電極。
在測(cè)試中，陽極在初始充電過程中損失的活性鋰不到1%。用硅陽極構(gòu)建的測(cè)試電池能量密度比采用傳統(tǒng)石墨陽極的市售同類電池高出25%。該團(tuán)隊(duì)表示，這項(xiàng)技術(shù)有可能使電動(dòng)汽車的平均續(xù)航里程至少增加100公里(62英里)，并且相當(dāng)容易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模加工。
“我們能夠通過簡單的方法，只需控制溶液溫度和反應(yīng)時(shí)間，就能將高容量硅基陽極的效率飛速提高，"領(lǐng)導(dǎo)研究團(tuán)隊(duì)的Minah Lee博士說。"由于這項(xiàng)技術(shù)很容易適用于現(xiàn)有電池制造設(shè)施中使用的卷對(duì)卷工藝，我們的方法有可能實(shí)現(xiàn)實(shí)用電池硅基陽極的突破。”
該研究發(fā)表在《Angewandte Chemie: International Edition》雜志上。
(責(zé)任編輯：子蕊)
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