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硅海绵可替代锂离子电池中的石墨组件

关键词 锂离子 , 硅海绵 , 石墨组件 , 电池|2012-07-23 09:32:21|来源 中国科技网
摘要 据物理学家组织网近日报道,美国科学家找到一种方法用硅海绵替代石墨作为可充电锂离子电池内的元件,借此可研制出持续时间更长且性能更强的电池,用于商用电子设备和电动汽车上。研究发表在美国...

       据物理学家组织网近日报道,美国科学家找到一种方法用硅海绵替代石墨作为可充电锂离子电池内的元件,借此可研制出持续时间更长且性能更强的电池,用于商用电子设备和电动汽车上。研究发表在美国化学学会本月出版的《材料化学》杂志上。

       这项研究由莱斯大学和洛克希德—马丁公司携手进行,研究的领导者、莱斯大学化学和生物分子工程学教授斯巴尼·利萨-比斯沃尔和该大学科学家曼都瑞·萨克尔撰文指出,借用他们研发的这一过程,能将比自身重4倍的物体存储在锂中。

       硅是地球上最常见的元素之一,能替代石墨作为电池内的阳极。此前该团队就发现,多孔硅吸收锂的能力是石墨的10倍多。这是因为硅吸收锂离子后会延展,像海绵一样的构造赋予了硅在电池内部生长的余地,同时也不会对电池的性能造成损害。2010年,该团队发现当硅海棉拥有1微米宽、12微米深的小孔时,能在电池领域大展拳脚,但当时的固体硅基座无法吸收锂,仍然有待改进。

       在最新研究中科学家发现,用来制造这些小孔的电化学蚀刻过程能将海绵同基座分开,基座接着可以被重新使用,制造出更多海绵。研究人员称,从一个标准的250微米厚的硅晶圆上,至少可以提取到4块这样的海绵。而其一旦被从硅晶圆上提取出来,上、下都是打开着的,通过将其浸入一个导电的聚合物黏结剂聚丙烯腈(PAN)内,就可大大增强其导电性。

       科学家由此得到了一块坚硬的薄膜,其能被依附到一个集电器上并放置于电池结构内,并最终借用这一过程制造出了一款锂离子电池,其放电能力高达每克1260毫安时,这使其使用寿命更长。

       研究人员在比较中发现,使用薄膜之前,电池的初始放电容量是每克757毫安时,但第二次充放电循环之后,放电容量就开始迅速下降,并在经过15次循环后完全消失殆尽;而经过处理的薄膜在4次循环后就即开始增加放电容量,多孔硅表现得特别明显,经过20次循环后,电池的放电容量仍然完好无损。

       目前,科学家正在研究有望能大大增加充放电循环次数的技术,以便能研发出可持续使用几年的电池。

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