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美国太平洋西北国家实验室(PNNL)的科研人员研发出一种多孔的海绵状材料,可以制成抗碎结构,提高锂离子电池阳极的性能。相关研究报告发表在《自然˙通讯》上。
PNNL成员张广礼(Jason Zhang,音译)说:“长久以来,科研人员一直试图用硅来提升锂离子电池的性能。但是,硅在充电时会膨胀、断裂,使硅电极无法正常运行。现在,我们研发的海绵状多孔材料允许硅在体积膨胀的同时不会断裂,这就为制作硅电极提供了可能性。”
一般来讲,可充电锂离子电池由2个电极构成:1个是带正电的锂阳极,1个是带负电的石墨阴极。电子在两个电极之间来回流动就产生了电流。为了能够控制电子,带正电的锂原子(科学家称为锂离子)通过另一个路线从一个电极移到另一个电极—电池电解液。
锂离子电池的化学性能限制了其自身的储能容量。为了增加电池的储能容量,科研人员不停地寻找新材料。带有硅阴极的锂离子电池其使用寿命比石墨阴极的锂电池长30%。如果使用PNNL研发的硅阴极锂电池,电动汽车的平均单次充电行驶里程可以达到130英里左右。
但是,硅的体积在充电过程中会扩大三倍,在材料内部产生压力并最终导致碎裂。许多科学家尝试使用纳米级电池部件,认为这样就会给硅留有足够的膨胀空间,但是这些都不是可以批量上市生产的技术。
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