傳統(tǒng)鋰離子電池采用了石墨作為陽極，但人們普遍認為，這種材料的性能已經達到了極限，因此研究人員正在努力尋找潛在的替代品。盡管有不少研究將重點放在了納米硅上，但是其仍然面臨著量產難和退化快的問題。不過加州法學河濱分校的團隊卻成功地克服了這一難關，并開發(fā)出了利用沙子作為鋰離子電池陽極的方法。
UC Riverside研究人員開發(fā)出的硅陽極鋰離子電池，具備了優(yōu)越的性能。
由左及右：未經純化的沙子(b)，提純后的沙子(c)，以及瓶裝的未提純沙、提純沙、納米硅(d)。
從沙轉變成納米硅的原理圖。
加州大學河濱分校有一名叫扎卡里·費佛斯(Zachary Favors)的研究生，其致力于開發(fā)出更好的鋰離子電池。
當他在圣克萊蒙特(San Clemente)沖浪的時候，突然想到了沙灘上的沙子。而沙子又主要由石英(二氧化硅)組成，這促使他想要鉆研得更深透一點。
為了找到石英比例較高的沙地，他逛遍全美并尋訪了德克薩斯州的錫達河水庫(Cedar Creek Reservoir)，收集了一些沙樣并帶到了該校伯恩斯工程學院(Bourns College of Engineering)的實驗室，這也是他與工程教授Cengiz和Mihri Ozkan所共事的地方。
在將原料研磨到納米尺度之前，需要經過一系列的純化步驟(看起來像糖粉)——提純研磨后的粉末與鹽、鎂共同加熱——鹽扮演了吸熱劑的角色，而鎂元素則會去除掉石英中的氧元素，從而提煉出純硅。
更重要的是，在上述過程中，其形成了一致性的、具有多孔和三維海綿狀的純納米硅。而孔隙又是改進電池陽極性能的關鍵——因為它提供了更大的表面積，并允許鋰離子更迅速地行進。
該團隊已經開發(fā)出了一顆硬幣般大小、使用新型硅納米陽極的成品。據(jù)說比傳統(tǒng)鋰離子電池有著更顯著的性能(3倍電池容量)，有助于減少移動電話的充電間隔、或者電動汽車等設備昂貴的更換費用。
目前，研究人員正在尋找量產方法，并把硬幣大小的鋰離子電池提升到手機電池那么大。該技術已經申請專利，詳細內容已發(fā)表在《科技報告》(Scientific Reports)期刊上。
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