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| 石榴啟發(fā)科學(xué)家破解鋰電池硅破裂難題 |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2014-02-24 10:00:25 瀏覽次數： |
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（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/劉莉）受石榴啟發(fā)，美國科學(xué)家開(kāi)發(fā)出一種硅納米顆粒和碳制成的新型電極，成功破解了此前鋰離子電池中的硅電極容易破裂的難題。相關(guān)研究發(fā)表在2月17日出版的《自然·納米技術(shù)》雜志上。
電極是電池的關(guān)鍵部件，有陽(yáng)極和陰極之分。此前就有研究表明，硅陽(yáng)極具有極好的性能，用其制成的鋰離子電池能比目前廣泛使用的石墨陽(yáng)極多存儲10倍以上的電能。但其最大的缺點(diǎn)是不可持續性：這種電極在充電過(guò)程中極易發(fā)生膨脹甚至破裂，硅在脫落后還會(huì )與電池中的電解質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應形成一種泥狀物質(zhì)，降低電池性能和使用壽命。
新研究中，美國斯坦福大學(xué)和美國能源部下屬SLAC國家加速器實(shí)驗室副教授崔毅（音譯）和他的研究小組，利用硅納米線(xiàn)和納米顆粒成功解決了這個(gè)問(wèn)題。通過(guò)一種在石油、油漆以及化妝品生產(chǎn)中常用的微乳液技術(shù)，研究人員把硅納米顆粒像石榴子一樣用碳包裹了起來(lái)，不但為每個(gè)硅納米顆粒穿上了一件“碳衣”，還為每一組硅納米顆粒蓋上了一層“碳被”。
物理學(xué)家組織網(wǎng)17日的報道稱(chēng)，硅納米粒子的使用，縮小了硅的體積，降低了發(fā)生破裂的概率；“碳衣”和“碳被”不但大幅減少了硅暴露在電解質(zhì)中的面積，還為電流的傳導提供了一條堅固的高速公路。此外，考慮到充電時(shí)硅納米顆粒會(huì )發(fā)生膨脹，研究人員還在“碳衣”“碳被”里為它們留下了富余的空間。通過(guò)精確控制生產(chǎn)過(guò)程，他們已經(jīng)能夠為所需要的電極生產(chǎn)出特定大小的硅納米顆粒。
這些具有石榴結構的硅納米顆粒肉眼看上去就像一堆黑色粉末。用其制造電極時(shí)只需在外面包裹上一層金屬箔片即可。
實(shí)驗測試顯示，這種石榴結構的陽(yáng)極具有優(yōu)良的性能，用它制造的電池在完成1000次充放電后還有97%的電量，完全能夠滿(mǎn)足實(shí)用要求。
崔毅說(shuō)，為了使這項技術(shù)能夠更快商業(yè)化，還需要解決兩個(gè)問(wèn)題：一是簡(jiǎn)化制造流程，二是找到更便宜的硅納米顆粒來(lái)源。目前他們發(fā)現稻殼或許會(huì )成為一個(gè)很好的原材料。這種農作物副產(chǎn)品來(lái)源穩定，產(chǎn)量極高，按重量計算，20%能被制成二氧化硅。而二氧化硅可以非常容易的被轉化為制造電極所需的純硅納米顆粒。（來(lái)源：科技日報）
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