阿尔伯塔大学欲利用纳米硅材料打造新款锂电池

据外媒报道，阿尔伯塔大学（University of Alberta）化学家旨在创建新一代的硅基锂电池，相较于当前电池电芯产品，其充电容量（charge capacity）翻了10倍。阿尔伯塔大学化学家兼纳米能源材料加拿大研究讲座教授（Canada Research Chair）Jillian Buriak表示：“我们想要开展多种测试，查看不同尺寸的硅纳米颗粒对电池内部碎裂的不同影响。”对于大容量电池而言，硅的应用潜力较大，因为该款材料的储量丰富，相较于石墨，电池内硅材料对锂离子的吸纳量更大。但在多次充放电后，硅容易出现碎裂或断裂，因为该材料在吸纳及释放锂离子后，自身会膨胀和收缩，易出现裂痕。据当前的研究表明，若将硅制成纳米级颗粒、线状或管状物，有助于防止其碎裂。Buriak及其团队想要了解，这类结构的体积需要达到何种程度才能实现硅材料性质的最优化并尽可能降低其不利影响。研究人员将硅纳米颗粒物分为四种不同的尺寸，将其均匀地分散在高导电性石墨烯气溶胶（highly conductive graphene aerogels），后者带有纳米级孔隙，该结构可弥补硅导电性的不足。她们发现，在直径1米的范围内，存在30亿个纳米级颗粒，在多次充放电后，可提供长期的稳定性。Buriak解释道：“随着颗粒物尺寸的缩小，我们发现对应力的管控力增强，因为可基于锂的合金化与去合金化（alloying and dealloying）‘呼吸（breathes）’。”该研究表明，该技术可用于各类依赖于电池储能设备的各类应用中。想象下，若用户电动车的车载电池尺寸与特斯拉电池尺寸相同，但其续航里程数或将提升10倍，其充电时间或将缩短为之前的1/10，而车载电池的重量也只有之前的1/10。