鋰電池容量速度同升10倍 光伏離網(wǎng)電站福音

摘要： 　　這項(xiàng)技術(shù)為更好的電池鋪就了道路，可用于手機(jī)和iPod，也會(huì)有更高效、更小的電池，用于電動(dòng)汽車(chē)。研究小組認(rèn)為，在未來(lái)三到五年，這項(xiàng)技術(shù)可見(jiàn)于市場(chǎng)。...

引入高密度平面納米尺寸的碳空穴，石墨烯薄片就可以大大加快離子擴(kuò)散，就在硅石墨烯復(fù)合薄片上。這種柔性、自我支撐的三維導(dǎo)電石墨烯結(jié)構(gòu)，包含硅納米粒子，表現(xiàn)出優(yōu)良性能，可適應(yīng)結(jié)構(gòu)變形，代表著一種有吸引力的高功率高容量負(fù)極材料，可用于鋰離子電池。來(lái)源：美國(guó)西北大學(xué)

美國(guó)西北大學(xué)(Northwestern University)的工程師聲稱(chēng)，他們開(kāi)發(fā)出的技術(shù)，可以改善充電電池。

這所大學(xué)在一份聲明中說(shuō)，研究小組已經(jīng)創(chuàng)造了一種鋰離子電池電極，使它們充電量比目前技術(shù)高10倍。

據(jù)報(bào)道，電池采用這種電極，充電速度也比目前的電池快10倍。

報(bào)道稱(chēng)，研究人員取得這項(xiàng)成果，是因?yàn)榻Y(jié)合了兩種化學(xué)工程方法。

“即使經(jīng)過(guò)150次充電，就是使用一年或更多時(shí)間后，電池效率仍然比當(dāng)今市場(chǎng)上的鋰離子電池高五倍，”哈羅德??昆弓(Harold Kung)解釋說(shuō)，他是麥考密克工程和應(yīng)用科學(xué)學(xué)院(McCormick School of Engineering and Applied Science)教授。

鋰離子電池充電是依靠化學(xué)反應(yīng)，其中，鋰離子是在電池兩端之間傳送，也就是在陽(yáng)極和陰極之間傳送。[!--empirenews.page--]

在目前的充電電池中，陽(yáng)極的制備是采用多層碳基石墨烯薄片，每6個(gè)碳原子只能容納一個(gè)鋰原子。為了提高儲(chǔ)能容量，科學(xué)家先前曾嘗試用硅取代碳，因?yàn)楣枘苋菁{更多的鋰，每個(gè)硅原子容納 4個(gè)鋰原子。然而，在充電過(guò)程中，硅膨脹和收縮很劇烈，會(huì)導(dǎo)致破裂，迅速喪失充電容量。

目前，電池充電電流的速度局限于石墨烯薄片的形狀;它們非常薄，但是，相對(duì)而言卻很長(zhǎng)。在充電過(guò)程中，鋰離子必須很遠(yuǎn)地移動(dòng)到石墨烯薄片的外緣，之后才能進(jìn)入薄片之間，并停止移動(dòng)。因?yàn)橐?jīng)過(guò)這么長(zhǎng)的距離，鋰才可以移動(dòng)到石墨烯薄片的中間，因此，在這種材料邊緣，離子“塞車(chē)”就會(huì)四處出現(xiàn)。

昆弓的研究小組結(jié)合兩種技術(shù)，以解決這兩個(gè)問(wèn)題。首先，為了穩(wěn)定硅，保持最大充電容量，他們把成簇的硅夾在石墨烯薄片之間。這可以使更大數(shù)量的鋰原子停留在電極上，同時(shí)，利用柔性石墨烯薄片，適應(yīng)使用過(guò)程中硅的體積變化。

“現(xiàn)在，我們幾乎兩全其美了，”昆弓說(shuō)。“我們有高得多的能量密度，這是因?yàn)楣瑁鴬A層降低了硅膨脹和收縮造成的容量損失。即使硅簇破裂，這些硅也不會(huì)喪失。”

昆弓的小組也利用化學(xué)氧化過(guò)程，在石墨烯薄片上創(chuàng)造微孔(10至20納米)，被稱(chēng)為“平面缺陷”(in-plane defects)，這樣，鋰離子就有一個(gè)“捷徑”，可進(jìn)入陽(yáng)極，存儲(chǔ)在那里，因?yàn)樗梢耘c硅反應(yīng)。[!--empirenews.page--]

這項(xiàng)技術(shù)為更好的電池鋪就了道路，可用于手機(jī)和iPod，也會(huì)有更高效、更小的電池，用于電動(dòng)汽車(chē)。研究小組認(rèn)為，在未來(lái)三到五年，這項(xiàng)技術(shù)可見(jiàn)于市場(chǎng)。

有一篇論文介紹這項(xiàng)研究，發(fā)表在《先進(jìn)能源材料》(Advanced Energy Materials)雜志上。

題目是《平面空穴制成高功率硅-石墨烯復(fù)合電極用于鋰離子電池》(In-Plane Vacancy-Enabled High-Power Si-Graphene Composite Electrode for Lithium-Ion Batteries)。

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