研究人員創(chuàng)造了高密度、自我修復(fù)的硅電池，沒有硅的脆弱性

作者：Jean-Jacques DeLisle，特約撰稿人

毫不奇怪，下一代電動(dòng)便攜式設(shè)備、車輛和關(guān)鍵電池存儲(chǔ)系統(tǒng)將需要對(duì)當(dāng)前的鋰離子電池技術(shù)進(jìn)行重大升級(jí)。盡管當(dāng)今的鋰技術(shù)提供了高輸出功率和良好的功率密度，但電池在使用過程中承受的壓力會(huì)導(dǎo)致?lián)p壞，隨著時(shí)間的推移容量會(huì)降低，并且偶爾會(huì)導(dǎo)致致命的故障，最終導(dǎo)致火災(zāi)。

伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校 (UIUC) 的研究人員正在探索一種包含這些破壞性材料趨勢(shì)的研究途徑，并正在利用硅基陽極和自愈納米顆粒復(fù)合粘合劑將硅陽極的優(yōu)勢(shì)帶入電池，而無需硅的脆弱性的缺點(diǎn)。

“硅是一種非常有趣的材料，”該項(xiàng)目的首席研究員、UIUC 材料科學(xué)與工程教授 Nancy Sottos 分享道?！八卜浅ＸS富，相對(duì)便宜，對(duì)環(huán)境無害，而且硅可以儲(chǔ)存更多的鋰，因此你可以獲得非常高的硅理論容量。”

材料科學(xué)與工程教授 Nancy Sottos（右）和 UIUC 航空航天工程教授 Scott White（左）領(lǐng)導(dǎo)了一個(gè)研究小組，研究開發(fā)具有硅基陽極的自愈電池的方法。（L. Brian Stauffer/伊利諾伊大學(xué)）

在目前的鋰離子電池中，陽極是由石墨構(gòu)成的，它比硅能容納更少的電子。然而，在充放電循環(huán)期間，石墨僅膨脹約 6%，而硅膨脹高達(dá) 400%，這會(huì)導(dǎo)致開裂和逐漸失效。一種稍微成功的緩解這種劣化的技術(shù)是在膠接復(fù)合陽極中使用硅片，盡管之前的研究中的膠合嘗試只是導(dǎo)致膠變?nèi)鹾凸杵蛛x。UIUC 的研究人員發(fā)現(xiàn)，引入納米顆粒復(fù)合材料作為粘合劑可能無法解決分離過程，但這些材料可以在剝離后建立粘合——最終自我修復(fù)。

“當(dāng)它充電時(shí)，如果 [鍵] 拉開并脫鍵——這通常會(huì)導(dǎo)致電氣連接丟失——基本上，這些鍵會(huì)重新形成，使接口再次響起，”Sottos 詳細(xì)說。“你將繼續(xù)擁有高性能的電極?！?/p>

UIUC 研究小組在 Advanced Energy Materials 雜志上發(fā)表了這項(xiàng)研究，他們分享了他們的發(fā)現(xiàn)，即這種新技術(shù)可以在 400 個(gè)充電周期內(nèi)保持 80% 的起始容量。與鋰離子技術(shù)相比，這在 400 次循環(huán)后容量增加了近 400%。

幸運(yùn)或不幸的是，UIUC儲(chǔ)能研究團(tuán)隊(duì)在儲(chǔ)能領(lǐng)域面臨著廣泛的研究和產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)。其他儲(chǔ)能技術(shù)有許多研究領(lǐng)域，例如燃料電池和超級(jí)電容器，并且許多團(tuán)體研究技術(shù)以增強(qiáng)多產(chǎn)的鋰離子電池。

“電池領(lǐng)域的早期創(chuàng)新研究供過于求，”Energy Foundry 的董事總經(jīng)理 Sara Chamberlain 分享道，該公司為芝加哥的早期能源初創(chuàng)公司提供了大約 2500 萬美元的常青風(fēng)險(xiǎn)基金?！岸彝顿Y資金短缺?！?/p>

由于缺乏資金，目前這導(dǎo)致許多有前途的技術(shù)被提出。盡管如此，更好的儲(chǔ)能技術(shù)的未來看起來確實(shí)是光明的，因?yàn)殡姵氐母?jìng)爭(zhēng)格局可能會(huì)產(chǎn)生更高容量、更可靠和更安全的電池，為我們的生活提供動(dòng)力。

資料來源：芝加哥論壇報(bào)、中西部能源新聞

審核編輯 黃昊宇