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【导读】近日,斯坦福大学科研团队宣布实现了一项电池的突破技术,研究人员通过将硅粒子封闭在石墨烯“牢笼”内,改进了电池性能。
根据1月30日外媒gizmag消息,斯坦福大学科研团队宣布实现了一项电池的突破技术,可以大幅度提升锂电池的性能,并使得它们更小更轻。研究人员通过将硅粒子封闭在石墨烯“牢笼”内,改进了电池性能。
为了提升容量,这些年电池开始使用硅阳极。但是硅粒子在充电期间会膨胀许多,容易开裂或破碎,并且与电池电解液反应,形成一层膜,导致性能降低。
在和美国能源部SLAC国家加速器实验室的合作下,研究人员将每个硅粒子包裹在由石墨烯制成的“定制牢笼”中。石墨烯只有一个原子的厚度,是最薄最强形式的碳,并且导电性很好。在碳笼子里,硅粒子膨胀和解体,甚至分裂开,但是它可以将碎片连接到一起,继续起作用。石墨烯的屏障也阻止了与电解液发生破坏性的化学反应。
团队在首次尝试该方法时,使用的是昂贵的纳米粒子和不同的包衣,但是效果不够理想。
“这个方法让我们使用更大的硅粒子,直径1到3微米或者上百万分之一米,更加便宜而且容易获得。”负责该项目的Yi Cui说,“实际上,我们使用的粒子十分类似制造半导体芯片使用的铣削硅锭而产生的废料,他们像锯屑的形状和大小。这么大的粒子之前从来没有使用在电池的阳极上,且表现得如此好,所以这是十分令人兴奋的成就,并且为我们提供了一个更加实际的解决方案。”
给每个硅粒子穿上合体的石墨烯外套需要一个过程。首先给粒子镀镍,然后让石墨烯层在金属顶端生长,使用酸溶解镍,在笼子里留下足够的空间,可以让硅在其中膨胀。
子显微镜下的延时图片显示,当锂离子在充电时 ,石墨烯(黑色)笼子里的硅粒子(红色)膨胀且开裂
(图片来源于: Y. Liet al., Nature Energy)
石墨烯笼子如何“关住”(下半区)硅粒子以提升性能
(图片来源于 : Y. Li et al., Nature Energy)
负责该项目的Yi Cui表示:“目前该项目还在测试中,特质的石墨烯牢笼实际上改善了电子的传导性,从而提供更高的承载能力、化学稳定性和效能。这种方式能够同样部署在其他电子材料上,从而打造高密度、低成本的电池材料。”
下一步,团队将继续制造足够大量的关在笼子里的粒子,创造商业规模的电池原型。这项研究发表在最近的Nature Energy期刊上。
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