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重大打破!科学家发明“拱形”纳米硅阳极 可大大提高锂离子电池容量

2021-02-25 14:00:18 浏览次数:

财联社(上海,编辑 黄君芝)讯,近期,冲绳科学技能大学院大学(OIST)的研究人员发明白一种非凡布局——拱形纳米硅阳极,可以改进一直以来锂离子电池石墨阳极所存在的漏洞。该研究成就已于本月5日登载在了《通信质料》(Communications Materials)杂志上。

重大冲破!科学家发现“拱形”纳米硅阳极 可大大提高锂离子电池容量

成果强大、携带利便、可充电的锂离子电池是现代技能的重要构成部门,遍及应用于智妙手机、条记本电脑和电动汽车等。跟着人类慢慢远离化石燃料,它们在将来改变存储和消费电力方法的潜力获得了各界的承认。传统上,石墨被用作锂离子电池的阳极,可是这种碳质料有很大的范围性。

研究人员表明称,当电池充电时,锂离子被迫从电池的一端(阴极)通过电解质溶液移动到电池的另一端(阳极)。然后,当电池被利用时,锂离子会回到阴极,电池释放电流。然而,在石墨阳极中,一个锂离子需要六个碳原子来存储,所以这些电池的能量密度很低。

跟着科学和家产界都在不绝摸索利用锂离子电池为电动汽车和航天飞机提供动力,提高能量密度如今也变得愈发重要。研究人员此刻正在寻找新的质料,可以增加锂离子在阳极中的存储数量。今朝,最有但愿的候选质料之一是硅,它可觉得每一个硅原子绑定四个锂离子。

研究人员说,“硅阳极在给定体积内可以储存的电荷是石墨阳极的十倍,在能量密度方面要跨越整整一个数量级。但问题是,当锂离子进入阳极时,体积变革是庞大的,高达400%阁下,这会导致电极断裂。”

另外,庞大的体积变革也阻止了电解质和阳极之间掩护层的不变形成。因此,每当电池充电时,这一层就必需不绝地改革,耗尽有限的锂离子供给,并低落电池的寿命和可充电性。

该研究资深作者Grammatikopoulos博士暗示,“我们的方针是实验缔造一种更健壮的阳极,可以或许抵挡这些压力,可以或许接收尽大概多的锂,并确保尽大概多的充电轮回。我们回收的要领是用纳米颗粒构建一个布局。”

如下图所示,在第一阶段,硅薄膜以刚性但不不变的柱状布局存在。在第二阶段,柱子在顶部打仗,nb88新博平台,形成拱形布局,由于拱的浸染,拱形布局很健壮。在第三阶段,硅原子进一步沉积形成海绵状布局。赤色虚线显示了硅在施力时是如何变形的。

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Grammatikopoulos博士说,“拱形布局很健壮,就像土木匠程中的拱门一样健壮。同样的观念也合用于纳米标准。”

重要的是,布局强度的增加也与电池机能的提高相一致。当科学家们举办电化学测试时,他们发明锂离子电池的充电容量增加了。掩护层也更不变,这意味着电池可以遭受更多的充电轮回。

这种拱形布局及其奇特特性的展现不只是锂离子电池中硅阳极贸易化的重要一步,并且在质料科学规模中尚有很多其他潜在的应用。

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研究人员暗示:“当需要健壮且能遭受各类压力的质料时,就可以利用这种拱形布局,好比用于生物植入物或储存氢气。你只需要知道质料简直切范例,是更硬照旧更软,更有弹性照旧不那么有弹性,只需简朴地改变层的厚度就可以准确地实现,这就是纳米布局的魅力地址。”

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