阿爾伯塔大學的化學家們朝著制造新一代硅基鋰離子電池邁出了關鍵一步，這種電池充電容量是現有鋰離子電池的10倍。美國化學家吉利安·布里亞克(Jillian Buriak)說：我們想測試不同尺寸的硅納米顆粒如何影響電池內部的破裂。硅顯示出制造更大容量電池的前景，因為它儲量豐富，比目前鋰離子電池中使用的石墨能吸收更多的鋰。問題是，硅在多次充放電循環后容易破裂，因為它在吸收和釋放鋰離子時會膨脹和收縮。現有的研究表明，將硅塑造成納米級的顆粒、電線或管道有助于防止它斷裂。
博科園-科學科普：Buriak，化學家Jonathan Veinot的同事和團隊想要知道的是這些結構需要多大的尺寸才能最大限度地發揮硅的優點，同時最大限度地減少其缺點。研究人員檢測了四種不同尺寸的硅納米顆粒，它們均勻分布在由具有納米孔徑的碳制成高導電性石墨烯氣凝膠中，以彌補硅的低導電性。
發現，最小的顆粒（直徑僅為30億分之一米）在多次充放電循環后表現出最佳的長期穩定性。當這些顆粒變得更小時，發現它們能夠更好地控制硅在循環中和鋰合金化和脫合金化時產生的應變。
化學家吉莉安·布里亞克，喬納森·維諾特和他們的團隊發現納米硅顆粒克服了在鋰離子電池中使用硅的限制，這一發現可能導致新一代電池的容量是目前鋰離子電池的10倍。圖片：John Ulan
這項研究在“任何依賴電池儲能的東西”上都有潛在的應用前景。維諾特是部分支持這項研究的ATUMS研究生培訓項目的負責人。想象一下，如果一輛汽車的電池與特斯拉(Tesla)的電池大小相同，那么它行駛距離可能是特斯拉的10倍，或者充電容量是特斯拉的10倍。下一步是開發一種更快、更便宜的方法來制造硅納米顆粒，使工業和技術開發人員更容易獲得它們。這項名為“石墨烯氣凝膠復合陽極中硅納米晶體的尺寸和表面效應”的研究發表在《材料化學》上。
博科園-科學科普｜研究/來自：阿爾伯塔大學
Katie Willis, University of Alberta
參考期刊文獻:《Chemistry of Materials》
DOI: 10.1021/acs.chemmater.8b03198
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