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美科學家利用“微孔”提升鋰電池“實力”

中國能源報 綜合報道

  據(jù)外媒報道,美國西北大學的一個科研小組日前宣稱,他們通過技術可以提高鋰離子電池的性能,不僅充電速度變快,電池維持時間也變長,而且電力更足。

  據(jù)悉,該小組在關注能源相關材料的國際期刊《先進能源材料》上,發(fā)表了名為《平面空穴制成高功率硅-石墨烯復合電極用于鋰離子電池》(In-PlaneVacancy-EnabledHigh-PowerSi-GrapheneCompositeElectrodeforLithium-IonBatteries)的論文。

  該小組自信地表示,利用該技術為手機、電腦等電池充電,充電速度比目前其它電池要快10倍,僅需要15分鐘,但電量可以持續(xù)使用一周左右?!奔词菇?jīng)過150次充電,或者使用時間超過1年甚至更長,電池效率仍然比當今市場上的鋰離子電池高5倍?!痹撔〗M負責人、西北大學麥考密克工程和應用科學學院教授哈羅德博士稱。

  哈羅德表示,鋰離子的密度和活動是這一技術的關鍵,而我們找到了一種可以容納更多離子并加快它們活動的方法,以此來改變電池的整體效率。

  事實上,鋰離子電池充電主要是在電池兩端間傳送,也就是在正極和負極間傳送。目前的鋰電池中,正極制備主要采用多層碳基石墨烯薄片,每6個碳原子只能容納1個鋰原子。由此,小組嘗試利用硅取代碳,因為每1個硅原子可容納4個鋰原子,但在充電過程中,硅膨脹和收縮很劇烈,會導致破裂,迅速喪失充電容量。

  為了穩(wěn)定硅,研究小組把成簇的硅夾在柔性石墨烯薄片之間,這間接使更多數(shù)量的鋰原子停留在電極上,然后利用柔性石墨烯薄片的特點適應充電過程中硅的體積變化。即使最后硅簇破裂,這些柔性石墨烯薄片也大大降低了硅膨脹和收縮造成的容量損失。

  此外,充電電流速度是掌控電池充電時間的主因。但由于石墨烯薄片非常薄,鋰離子從正極移動到負極的過程中較為”擁擠”,速度受限,充電時間自然很長。對此,研究小組利用化學氧化過程,在石墨烯薄片上戳出成千上萬個10——20納米的微孔,讓鋰離子可以抄近路迅速到達負極,這樣充電的時間就大幅縮短了。

  哈羅德估計,該技術為未來鋰電池的發(fā)展拓寬了道路,小到手機,大到電動汽車都可以應用這一技術?!蔽掖_信,未來3——5年內這一技術會出現(xiàn)在市面上。”哈羅德表示。

  ( 編輯/王慰祖 )

來源:中國能源報

作者:綜合報道

本文地址:http://autopag.com/news/jishu/9600

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