新技術(shù)提高鋰電池儲電量和充電率10倍
儲電量和充電率是兩個主要的電池局限。儲電量受限于電荷密度，即電池的兩極能容納多少鋰離子。充電率則受限于鋰離子從電解液到達(dá)負(fù)極的速度。
現(xiàn)有鋰電池的負(fù)極由碳基的石墨烯片層層堆積而成，一個鋰原子只能適配6個碳原子。為了增加儲電量，科學(xué)家曾嘗試?yán)霉璐嫣?，以使硅可以適配更多鋰，達(dá)到4個鋰原子對應(yīng)1個硅原子。然而，硅會在充電過程中顯著擴(kuò)展和縮小，從而引起充電容量的快速破裂和遺失。而石墨烯片的形狀也會制約電池的充電率，它們雖只有一個碳原子厚，但卻很長。由于鋰移動到石墨烯片中間需要耗費(fèi)很長時間，離子“交通堵塞”的情況在石墨烯片的邊緣時有發(fā)生。
現(xiàn)在，研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合兩種技術(shù)解決了上述問題。首先為了穩(wěn)定硅以保持最大的充電容量，他們在石墨烯片之間加入硅簇，利用石墨烯片的彈性配合電池使用中硅原子數(shù)量的變化，使得大量鋰原子存儲于電極中。硅簇的添加可使能量密度更高，同時也能降低因硅擴(kuò)展和縮小引發(fā)的充電容量損失，可謂兩全其美。
研究小組還利用化學(xué)氧化過程在石墨烯片上制造了10納米至20納米微孔，稱之為“面缺陷”，因此鋰離子將會沿此捷徑到達(dá)負(fù)極，并通過與硅發(fā)生反應(yīng)，存儲在負(fù)極。這將使電池的充電時間縮短10倍。
論文主要作者哈羅德·H·孔（音譯）表示，新技術(shù)能使鋰離子電池的充電壽命延長10倍，即使在充電150次后，電池能效仍是現(xiàn)有鋰離子電池的5倍。這一技術(shù)有望在未來3至5年內(nèi)進(jìn)入市場。
石墨烯問世不到十年，不僅幫助它的兩位發(fā)明人拿下諾貝爾獎，而且飛速進(jìn)入各種應(yīng)用領(lǐng)域，比如電池的電極。本次美國科學(xué)家嘗試成功的新工藝，大大改善了石墨烯的表現(xiàn)，幫助鋰離子電池這一早就應(yīng)用于日常電器的關(guān)鍵部件，突破徘徊已久的能量密度瓶頸。這甚至預(yù)示著新一代的能量儲存系統(tǒng)——充電時間縮短十倍、儲能增加十倍，讓鋰電池向完美電源的理想又邁出一步。假如類似原理的新型電池能盡快安裝在汽車上，電動汽車走向市場的最大癥結(jié)或?qū)⒂卸狻＃ㄞD(zhuǎn)自中國電池網(wǎng)）■
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