硅海綿可替代鋰離子電池中的石墨組件
日期：2024-10-16 10:01:23 作者：宏力精密鋼管 閱讀數(shù)：533據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，美國科學(xué)家找到一種方法用硅海綿替代石墨作為可充電鋰離子電池內(nèi)的元件，借此可研制出持續(xù)時(shí)間更長且性能更強(qiáng)的電池，用于商用電子設(shè)備和電動(dòng)汽車上。研究發(fā)表在美國化學(xué)學(xué)會(huì)本月出版的《材料化學(xué)》雜志上。
這項(xiàng)研究由萊斯大學(xué)和洛克希德—馬丁公司攜手進(jìn)行，研究的領(lǐng)導(dǎo)者、萊斯大學(xué)化學(xué)和生物分子工程學(xué)教授斯巴尼·利薩-比斯沃爾和該大學(xué)科學(xué)家曼都瑞·薩克爾撰文指出，借用他們研發(fā)的這一過程，能將比自身重4倍的物體存儲(chǔ)在鋰中。
硅是地球上最常見的元素之一，能替代石墨作為電池內(nèi)的陽極。此前該團(tuán)隊(duì)就發(fā)現(xiàn)，多孔硅吸收鋰的能力是石墨的10倍多。這是因?yàn)楣栉珍囯x子后會(huì)延展，像海綿一樣的構(gòu)造賦予了硅在電池內(nèi)部生長的余地，同時(shí)也不會(huì)對(duì)電池的性能造成損害。2010年，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)當(dāng)硅海棉擁有1微米寬、12微米深的小孔時(shí)，能在電池領(lǐng)域大展拳腳，但當(dāng)時(shí)的固體硅基座無法吸收鋰，仍然有待改進(jìn)。
在最新研究中科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，用來制造這些小孔的電化學(xué)蝕刻過程能將海綿同基座分開，基座接著可以被重新使用，制造出更多海綿。研究人員稱，從一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的250微米厚的硅晶圓上，至少可以提取到4塊這樣的海綿。而其一旦被從硅晶圓上提取出來，上、下都是打開著的，通過將其浸入一個(gè)導(dǎo)電的聚合物黏結(jié)劑聚丙烯腈(PAN)內(nèi)，就可大大增強(qiáng)其導(dǎo)電性。
科學(xué)家由此得到了一塊堅(jiān)硬的薄膜，其能被依附到一個(gè)集電器上并放置于電池結(jié)構(gòu)內(nèi)，并最終借用這一過程制造出了一款鋰離子電池，其放電能力高達(dá)每克1260毫安時(shí)，這使其使用壽命更長。
研究人員在比較中發(fā)現(xiàn)，使用薄膜之前，電池的初始放電容量是每克757毫安時(shí)，但第二次充放電循環(huán)之后，放電容量就開始迅速下降，并在經(jīng)過15次循環(huán)后完全消失殆盡;而經(jīng)過處理的薄膜在4次循環(huán)后就即開始增加放電容量，多孔硅表現(xiàn)得特別明顯，經(jīng)過20次循環(huán)后，電池的放電容量仍然完好無損。
目前，科學(xué)家正在研究有望能大大增加充放電循環(huán)次數(shù)的技術(shù)，以便能研發(fā)出可持續(xù)使用幾年的電池。