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锂离子电池突破 硅纳米管将容量提高至11倍

来源:本站原创 发表日期:2020-05-25

安山市斯坦福大学和汉阳大学的研究人员,可能与雪佛兰伏特电池制造商合作,又取得了新突破,他就是可以改变电动汽车的未来。现在确定还为时过早,但是到目前为止我们所知道的是非常有希望。他们表明,通过用硅纳米管电极(硅纳米管,而不是更常见的碳纳米管)代替锂离子电池中的常规石墨电极,可以存储11倍以上的电荷。这不仅可以大大扩展电动汽车的范围,而且还可以通过允许汽油和电动混合动力车以电动模式运行更长的时间来提高其效率。

硅纳米分子图
图注:硅纳米分子形象图

通过在氧化铝模板中,对硅前驱动物进行还原分解和蚀刻的丝纳米管。这些纳米管表现出令人惊喜的结果,可以非常高的可逆充电容量,达到3247mAh/g,库仑效率为89%,并且即使在5C速率(=15A/g)时也显示出优异的容量保持率。此外,由阴极和丝纳米管的阳极组成的锂离子全电池的容量显示,即使经过200次循环,其容量也比市售石墨高11倍。汉阳大学应用化学副教授孙杰领导了纳米管阳极的研究,他说这项技术可以将混合动力汽车电池的容量提高6到8倍。

硅阳极比传统的石墨具有更高的储能能力,因为该材料所吸收的锂的重量是石墨碳的11倍。实际上,硅所吸收的锂是如此之多,体积增加了多达四倍。脆性材料上的机械应变是如此之大,以至于硅阳极在充放电几次后往往会破裂,因此,研究人员包括材料科学家易翠,也是一直在开发更好的纳米结构硅,他们已经制造出了硅纳米线阳极和纳米多孔硅阳极,现在他们已经合作开发了硅纳米管阳极,其存储能力要优于其他纳米结构硅材料。

未来在电动汽车(以及卡车和公共汽车)可以从带有硅纳米管阳极的高性能锂离子电池中受益,需要解决一些技术难题。除其他事项外,阳极将需要证明经过数千次充电后,它们仍然可以保持(释放)功率。硅纳米管阳极已被证明具有多达200个电荷,但这还不够。另一个问题是将高性能阳极与可以匹配的阴极配对,因此,如果新的纳米管阳极可以存储11倍以上的电荷,则将需要阴极也可以存储11倍以上的阴极。