電池是移動技術(shù)及電動車技術(shù)的發(fā)展瓶頸，一直以來未有大的突破，不過曙光似乎已經(jīng)隱現(xiàn)，其中硅鋰電池被認(rèn)為是突破電池瓶頸的希望之一。但這種技術(shù)目前仍存在一些障礙。好消息是，據(jù)自然納米科技報道，斯坦福大學(xué)及美國能源部 SLAC 自然加速器實(shí)驗(yàn)室的研究人員從石榴身上汲取靈感，找到了突破障礙的新辦法。
我們的手機(jī)、平板及電動汽車都要用鋰電池。這些鋰電池普遍采用石墨陽極。所謂陽極，是指電池充電時用來儲能的東西。與石墨陽極相比，硅陽極的儲能能力是前者的 10 倍。
但是硅陽極也有自身的缺點(diǎn)：脆弱。硅的脆弱會導(dǎo)致兩個問題：
1）充電的時候硅會膨脹然后碎裂；
2）硅會與電池的電解液產(chǎn)生反應(yīng)，形成粘性物質(zhì)，陽極被這些粘性物質(zhì)裹住后性能會退化。
以崔屹為首的這個團(tuán)隊之前曾試圖通過利用納米技術(shù)、彈性聚合物、研發(fā)自愈電極的辦法來解決這一問題。納米材料由于非常細(xì)小所以很難再分裂，這可以在一定程度上解決硅陽極的問題，而彈性聚合物則善于修補(bǔ)裂縫。其實(shí)驗(yàn)取得了一定的成績—自愈電極在充放電 100 次后仍能保持電量基本不變。但這與手機(jī) 500 次充放電、電動車 3000 次充放電的商用目標(biāo)仍有距離。
這一次這個團(tuán)隊決定從石榴身上汲取靈感來尋找新突破。
膨脹前后的碳?xì)す琛笆瘛?/strong>
研究生 Nian Liu，博士后 Zhenda Lu 是該團(tuán)隊的成員之一。他們利用了石油、油畫及化妝品業(yè)常見的微乳劑技術(shù)將硅“蛋黃殼”聚集到一起形成群簇，，然后再用更厚的一層碳將每一群簇包裹起來—就像石榴籽一樣。碳?xì)けＷo(hù)了石榴群簇，為電流提供了一條穩(wěn)定的高速公路。
而每一個石榴群簇暴露的表面僅為內(nèi)部納米粒子攤開后表面的 1/10，因此與原來相比，與電解液接觸的區(qū)域小了很多，產(chǎn)生的粘性物質(zhì)自然也減少了，令電池更可控。
這群不可見的碳?xì)す琛笆瘛笨勺龀珊诜?，涂抹在金屬箔上就能形成陽極。實(shí)驗(yàn)表明，做到商用電池性能所需的厚度時這些石榴電極仍表現(xiàn)很好，實(shí)驗(yàn)表明，這種陽極在充放電 1000 次之后電池容量仍能維持 97%，已經(jīng)接近于商用的要求次數(shù)。
但崔屹說，真正實(shí)現(xiàn)技術(shù)的商用化仍有 2 個問題待解決：
1）碳?xì)す琛笆瘛标枠O的生產(chǎn)過程仍有待簡化。
2）需要為硅納米粒子尋找更廉價的來源。Liu 認(rèn)為從體量上看占二氧化硅 20% 的谷殼是可能的硅來源之一，因?yàn)檫@種東西轉(zhuǎn)化為純硅納米粒子相對容易。
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