重大突破！科學家發現“拱形”納米硅陽極 可大大提高鋰離子電池容量
時間:2021-02-06 17:44來源:財聯社 作者:綜合報道
點擊:
次
近期，沖繩科學技術大學院大學（OIST）的研究人員發現了一種特殊結構——拱形納米硅陽極，可以改善一直以來鋰離子電池石墨陽極所存在的弊端。該研究成果已于本月5日刊登在了《通信材料》（Communications Materials）雜志上。
功能強大、攜帶方便、可充電的鋰離子電池是現代技術的重要組成部分，廣泛應用于智能手機、筆記本電腦和電動汽車等。隨著人類逐步遠離化石燃料，它們在未來改變存儲和消費電力方式的潛力得到了各界的認可。傳統上，石墨被用作鋰離子電池的陽極，但是這種碳材料有很大的局限性。
研究人員解釋稱，當電池充電時，鋰離子被迫從電池的一端（陰極）通過電解質溶液移動到電池的另一端（陽極）。然后，當電池被使用時，鋰離子會回到陰極，電池釋放電流。然而，在石墨陽極中，一個鋰離子需要六個碳原子來存儲，所以這些電池的能量密度很低。
隨著科學和工業界都在不斷探索使用鋰離子電池為電動汽車和航天飛機提供動力，提高能量密度如今也變得愈發重要。研究人員現在正在尋找新的材料，可以增加鋰離子在陽極中的存儲數量。目前，最有希望的候選材料之一是硅，它可以為每一個硅原子綁定四個鋰離子。
研究人員說，“硅陽極在給定體積內可以儲存的電荷是石墨陽極的十倍，在能量密度方面要高出整整一個數量級。但問題是，當鋰離子進入陽極時，體積變化是巨大的，高達400%左右，這會導致電極斷裂。”
此外，巨大的體積變化也阻止了電解質和陽極之間保護層的穩定形成。因此，每當電池充電時，這一層就必須不斷地改造，耗盡有限的鋰離子供應，并降低電池的壽命和可充電性。
該研究資深作者Grammatikopoulos博士表示，“我們的目標是嘗試創造一種更堅固的陽極，能夠抵抗這些壓力，能夠吸收盡可能多的鋰，并確保盡可能多的充電循環。我們采用的方法是用納米顆粒構建一個結構。”
如下圖所示，在第一階段，硅薄膜以剛性但不穩定的柱狀結構存在。在第二階段，柱子在頂部接觸，形成拱形結構，由于拱的作用，拱形結構很堅固。在第三階段，硅原子進一步沉積形成海綿狀結構。紅色虛線顯示了硅在施力時是如何變形的。
Grammatikopoulos博士說，“拱形結構很堅固，就像土木工程中的拱門一樣堅固。同樣的概念也適用于納米尺度。”
重要的是，結構強度的增加也與電池性能的提高相一致。當科學家們進行電化學測試時，他們發現鋰離子電池的充電容量增加了。保護層也更穩定，這意味著電池可以承受更多的充電循環。
這種拱形結構及其獨特特性的揭示不僅是鋰離子電池中硅陽極商業化的重要一步，而且在材料科學領域中還有許多其他潛在的應用。
研究人員表示：“當需要堅固且能承受各種壓力的材料時，就可以使用這種拱形結構，比如用于生物植入物或儲存氫氣。你只需要知道材料的確切類型，是更硬還是更軟，更有彈性還是不那么有彈性，只需簡單地改變層的厚度就可以精確地實現，這就是納米結構的魅力所在。”
免責聲明：本文僅代表作者個人觀點，與中國電池聯盟無關。其原創性以及文中陳述文字和內容未經本網證實，對本文以及其中全部或者部分內容、文字的真實性、完整性、及時性本站不作任何保證或承諾，請讀者僅作參考，并請自行核實相關內容。
凡本網注明 “來源：XXX（非中國電池聯盟）”的作品，均轉載自其它媒體，轉載目的在于傳遞更多信息，并不代表本網贊同其觀點和對其真實性負責。
如因作品內容、版權和其它問題需要同本網聯系的，請在一周內進行，以便我們及時處理。
QQ：503204601
郵箱：cbcu@cbcu.com.cn
凡本網注明 “來源：XXX（非中國電池聯盟）”的作品，均轉載自其它媒體，轉載目的在于傳遞更多信息，并不代表本網贊同其觀點和對其真實性負責。
如因作品內容、版權和其它問題需要同本網聯系的，請在一周內進行，以便我們及時處理。
QQ：503204601
郵箱：cbcu@cbcu.com.cn
猜你喜歡
-
賓州州立王朝陽院士團隊：熱調控電池讓電動飛行汽車商業化成為現
2021-06-08 10:10 -
哈佛科學家研發“三明治式電池” 充電時間僅10分鐘
2021-05-17 12:21 -
深海貧氧環境海水電池取得突破！
2021-05-12 10:18 -
新架構助力全固態軟包鋅空電池性能取得突破
2021-05-10 09:43 -
科學家開發有機無金屬電池 在酸性溶液中降解后可回收利用
2021-05-08 10:28 -
重大突破！美國科學家研發3D鋁電極 為低成本環保電池鋪平道路
2021-04-08 09:40 -
日本科學家開發新技術解決鋰電池最大問題
2021-03-11 10:44 -
科學家發現新聚合物材料 可防止鋰電池起火
2021-03-08 08:38 -
極低氣溫下鋰電池趴窩？科學家提出新解決方案
2021-03-03 09:17 -
Jeff Dahn：無負極鋰金屬電池壽命突破延長到上千次！
2021-02-27 12:44
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
專題
相關新聞
-
賓州州立王朝陽院士團隊：熱調控電池讓電動飛行汽車商業化成為現
2021-06-08 10:10 -
哈佛科學家研發“三明治式電池” 充電時間僅10分鐘
2021-05-17 12:21 -
深海貧氧環境海水電池取得突破！
2021-05-12 10:18 -
新架構助力全固態軟包鋅空電池性能取得突破
2021-05-10 09:43 -
科學家開發有機無金屬電池 在酸性溶液中降解后可回收利用
2021-05-08 10:28 -
重大突破！美國科學家研發3D鋁電極 為低成本環保電池鋪平道路
2021-04-08 09:40 -
日本科學家開發新技術解決鋰電池最大問題
2021-03-11 10:44 -
科學家發現新聚合物材料 可防止鋰電池起火
2021-03-08 08:38
本月熱點
-
2020年鋰電池行業研究報告
2021-05-11 11:24 -
突發｜深圳一鋰電企業停止經營、解散員工！
2021-05-11 10:02 -
4月我國動力電池裝車量同比上升134.0%
2021-05-13 08:26 -
如何看待Pack內鐵鋰和三元混用
2021-06-01 09:25 -
可充電中性鋅空氣電池：進展，挑戰和未來
2021-05-19 10:59 -
揭開贛鋒鋰業的家底
2021-06-03 09:46 -
“電池荒”來襲，生產純電動汽車的車企要被卡脖子了？
2021-06-01 21:22 -
關于征集《鋰離子電池用連續式真空干燥系統技術規范》等兩項行業標準的函）征求意見程序
2021-05-31 22:53
企業微信號
微信公眾號