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3倍容量:硅陽極鋰離子電池被研發

鉅大LARGE  |  點擊量:1019次  |  2020年07月10日  

傳統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,但是其仍然面對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,并開發出了利用沙子作為鋰離子電池陽極的方法。


UCRiverside研究人員開發出的硅陽極鋰離子電池,具備了優越的性能。


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(ZacharyFavors)的研究生,其致力于開發出更好的鋰離子電池。


當他在圣克萊蒙特(SanClemente)沖浪的時候,突然想到了沙灘上的沙子。而沙子又重要由石英(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(CedarCreekReservoir),收集了一些沙樣并帶到了該校伯恩斯工程學院(BournsCollegeofEngineering)的實驗室,這也是他與工程教授Cengiz和MihriOzkan所共事的地方。


在將原料研磨到納米尺度之前,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供應了更大的表面積,并允許鋰離子更迅速地行進。


該團隊已經開發出了一顆硬幣般大小、使用新型硅納米陽極的成品。據說比傳統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,詳細內容已發表在《科技報告》(ScientificReports)期刊上。


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