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​开发纳米管可以使电池寿命延长一倍

  • 2021-04-30 11:54:37

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十多年来,许多科学家的梦想向来是开辟一种方法来改进锂离子电池,从而延长电池寿命。

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用硅替换一个端子中的石墨部件,这种硅可以储存多达10倍的电荷,从而提高寿命。然而,经过一个充放电循环后,硅就会开裂和解体,使电池变得无用。

现在,由斯坦福大学和斯坦福国家加速器实验室(SLAC)的科学家组成的团队,由材料科学家易崔(Yi Cui)领导,开辟了一种解决方案:一种在解体前持续超过6000个周期的双壁纳米结构。

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锂离子电池的使用是为了给从电子汽车到家用电子产品的所有东西供电,因为它们在一个小包装中包含了相对较高的功率。该系统通过一种操纵机制工作,限制锂离子在两个终端之间流过流体电解质的数量-称为阳极和阴极。

阳极是用石墨制成的,用来储存电荷。然而,石墨只能容纳六分之一的碳原子附着在锂离子上-导致低效的能量释放。相比之下,硅同意 四个锂离子与一个硅原子结合,使能量增加10倍。

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问题是这种反应也会导致锂的膨胀和收缩,导致电池的快速损坏。

为了防止这种情况的发生,科学家团队设计了双壁硅纳米管,并将其包覆在氧化硅中。最新的原型是五年试验的结果,硅氧化物的顽强陶瓷性质阻挠了锂的膨胀-减少了化学反应造成的破坏量。

测试表明,通过将硅保持在纳米管的中空内部,电池已经能够以85%的容量存活,超过6000个充放电循环。

崔说:

这是一个非常令人兴奋的进展,我们的目标是制造比今天更小,更轻,更持久的电池。

该研究结果于3月25日发表在《自然纳米技术》(Nature Nanotechnology)上,题为“通过固-电解质相间操纵使双壁硅纳米管电池阳极稳定循环”。

崔先生说,未来的研究将集中在简化双壁硅纳米管的生产。斯坦福已经将设计专利授权给了一家由研究人员自己资助的公司,名为Amprius。短期目标是将锂离子电池的容量提高一倍,长期目标是将能源容量提高五倍。

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