硅海綿可替代鋰離子電池中的石墨組件
這項(xiàng)研究由萊斯大學(xué)和洛克希德—馬丁公司攜手進(jìn)行,研究的領(lǐng)導(dǎo)者、萊斯大學(xué)化學(xué)和生物分子工程學(xué)教授斯巴尼·利薩-比斯沃爾和該大學(xué)科學(xué)家曼都瑞·薩克爾撰文指出,借用他們研發(fā)的這一過程,能將比自身重4倍的物體存儲(chǔ)在鋰中。
硅是地球上最常見的元素之一,能替代石墨作為電池內(nèi)的陽(yáng)極。此前該團(tuán)隊(duì)就發(fā)現(xiàn),多孔硅吸收鋰的能力是石墨的10倍多。這是因?yàn)楣栉珍囯x子后會(huì)延展,像海綿一樣的構(gòu)造賦予了硅在電池內(nèi)部生長(zhǎng)的余地,同時(shí)也不會(huì)對(duì)電池的性能造成損害。2010年,該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)當(dāng)硅海棉擁有1微米寬、12微米深的小孔時(shí),能在電池領(lǐng)域大展拳腳,但當(dāng)時(shí)的固體硅基座無法吸收鋰,仍然有待改進(jìn)。
在最新研究中科學(xué)家發(fā)現(xiàn),用來制造這些小孔的電化學(xué)蝕刻過程能將海綿同基座分開,基座接著可以被重新使用,制造出更多海綿。研究人員稱,從一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的250微米厚的硅晶圓上,至少可以提取到4塊這樣的海綿。而其一旦被從硅晶圓上提取出來,上、下都是打開著的,通過將其浸入一個(gè)導(dǎo)電的聚合物黏結(jié)劑聚丙烯腈(PAN)內(nèi),就可大大增強(qiáng)其導(dǎo)電性。
科學(xué)家由此得到了一塊堅(jiān)硬的薄膜,其能被依附到一個(gè)集電器上并放置于電池結(jié)構(gòu)內(nèi),并最終借用這一過程制造出了一款鋰離子電池,其放電能力高達(dá)每克1260毫安時(shí),這使其使用壽命更長(zhǎng)。
研究人員在比較中發(fā)現(xiàn),使用薄膜之前,電池的初始放電容量是每克757毫安時(shí),但第二次充放電循環(huán)之后,放電容量就開始迅速下降,并在經(jīng)過15次循環(huán)后完全消失殆盡;而經(jīng)過處理的薄膜在4次循環(huán)后就即開始增加放電容量,多孔硅表現(xiàn)得特別明顯,經(jīng)過20次循環(huán)后,電池的放電容量仍然完好無損。
目前,科學(xué)家正在研究有望能大大增加充放電循環(huán)次數(shù)的技術(shù),以便能研發(fā)出可持續(xù)使用幾年的電池。
評(píng)論