新聞資訊 news

您現(xiàn)在的位置:首頁 > 新聞資訊 > 電池行業(yè)動(dòng)態(tài)資訊 > 可以讓鋰電池的能量容量大大提高的多孔硅微球技術(shù)

可以讓鋰電池的能量容量大大提高的多孔硅微球技術(shù)

石墨,和鉛筆筆尖一樣的材料,長期以來一直是鋰離子電池的重要組成部分。但是,隨著我們對電池要求的提高,石墨基電池已無法滿足我們對于電池性能的要求。因此研究人員將目光轉(zhuǎn)向了數(shù)字革命的核心材料硅。

美國太平洋西北國家實(shí)驗(yàn)室(PNNL)的研究人員提出了一種新穎方法來使用這種有應(yīng)用潛力但是目前仍問題的儲(chǔ)能材料。硅被用于電腦芯片和許多其他產(chǎn)品,因具有十倍于石墨負(fù)極的儲(chǔ)鋰容量,被認(rèn)為是下一代鋰離子電池的理想負(fù)極。然而,硅負(fù)極在鋰化/去鋰化過程中涉及巨大的體積變化,導(dǎo)致其循環(huán)穩(wěn)定性較差,并且太弱而無法承受電極制造的壓力,制約了硅基負(fù)極的實(shí)際應(yīng)用。

為了解決這些問題,PNNL研究人員JiguangZhang(Jason)和XiaolinLi帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種獨(dú)特的納米結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)利用碳材料在限制硅膨脹的同時(shí)還強(qiáng)化了硅。該研究成果發(fā)表在《NatureCommunications》上,為其他類型的電池提供了新的設(shè)計(jì)思路,并最終幫助提高電動(dòng)汽車、電子設(shè)備和其他設(shè)備中鋰離子電池的能量容量。

消除硅的弊端

作為一種導(dǎo)電且穩(wěn)定的碳,石墨非常適合在電池充電時(shí)將鋰離子打包到電池的陽極中。硅比石墨能吸收更多的鋰,但它的體積會(huì)膨脹300%,導(dǎo)致陽極破裂。研究人員通過將小硅顆粒聚集成直徑約8微米的微球——大約一個(gè)紅細(xì)胞的大小——來制造出多孔的硅。

石墨是碳的一種導(dǎo)電且穩(wěn)定的形式,非常適合在充電時(shí)將鋰離子填充到電池的負(fù)極中。硅可以比石墨吸收更多的鋰,但它的體積往往會(huì)膨脹300%,導(dǎo)致負(fù)極破裂。研究人員通過將小硅顆粒聚集成直徑約8微米的微球——大約一個(gè)紅細(xì)胞的大小——來制造出多孔形式的硅。

PNNL的JasonZhang在高級電池設(shè)施中研究發(fā)現(xiàn),具有多孔硅結(jié)構(gòu)的電極的厚度變化小于20%,同時(shí)容納的電荷是典型石墨負(fù)極的兩倍。但是,與以前版本的多孔硅不同,由于碳納米管使微球類似于紗線球,因此微球也顯示出非凡的機(jī)械強(qiáng)度。

研究人員分幾個(gè)步驟制備了這種結(jié)構(gòu):首先在碳納米管上涂上氧化硅。接下來,將納米管放入油和水的乳液中。然后將它們加熱至沸騰。

Li說:“當(dāng)水蒸發(fā)時(shí),涂覆的碳納米管會(huì)凝結(jié)成球形?!薄叭缓螅覀兪褂娩X和更高的熱量將氧化硅轉(zhuǎn)化為硅,然后浸入水和酸中以去除副產(chǎn)物?!睆倪@個(gè)過程中產(chǎn)生的是一種由碳納米管表面的硅微粒組成的粉末。

利用原子力顯微鏡探針測試了多孔硅球的強(qiáng)度。作者發(fā)現(xiàn),其中一個(gè)納米紗線球“在非常高的壓縮力下可能會(huì)產(chǎn)生輕微的屈服,并失去一些孔隙,但它不會(huì)破裂?!?/p>

這預(yù)示著商業(yè)化的發(fā)展,因?yàn)樨?fù)極材料必須在制造過程中能夠承受輥?zhàn)拥母邏嚎s。下一步是開發(fā)出更具可擴(kuò)展性和經(jīng)濟(jì)性的制造硅微球的方法,以便它們有一天能夠應(yīng)用到下一代高性能鋰離子電池中。

聲明: 本站部分文章及圖片來源于互聯(lián)網(wǎng),如有侵權(quán),請聯(lián)系刪除。
友情提示:留下您的需求和聯(lián)系方式,我們收到信息將第一時(shí)間聯(lián)系您!
姓 名:
郵箱
留 言: