加州大學(xué)河濱分校的一組研究人員開發(fā)出了一種新架構(gòu)的硅陽極，應(yīng)用在鋰電池中可以使充電過程快16倍。新的設(shè)計(jì)構(gòu)建于3D結(jié)構(gòu)的錐形碳納米管材料之上?？梢允闺姵乇仍瓉磔p40%，卻能攜帶比原來多60%的電量，將使充電速度快16倍左右。
由于鋰電池被廣泛應(yīng)用，人們也對之進(jìn)行大量的研究改善它們的性能。尋找“完美”的電極材料的研究從未停止過。在商用領(lǐng)域目前的陽極多由石墨碳制成，每克能攜帶370mAh電量(370mAh/g比容量)。而如果用碳納米管制成陽極，可以使性能翻三倍左右，達(dá)到1000mAh/g比容量。而更進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，硅是更好的電池正極材料。因?yàn)樗邆?200mAh/g比容量。相比目前商用的電池，提供了10倍以上的性能。而直接使用硅陽極并不能在現(xiàn)有的鋰電池結(jié)構(gòu)內(nèi)正常工作。由于硅和鋰會(huì)在電池內(nèi)部發(fā)生反應(yīng)，它會(huì)膨脹到4倍正常的大小。
現(xiàn)在，加州大學(xué)河濱分校的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種新的架構(gòu)來將硅應(yīng)用在鋰電池的陽極上。不僅能夠使單位重量材料攜帶更多電量，同時(shí)能讓充電速度快16倍左右。研究人員首先構(gòu)建了一層石墨烯薄片，并在此基礎(chǔ)上使用柱狀碳納米管構(gòu)建了柱狀的納米結(jié)構(gòu)。最后他們使用溫和的電感耦合等離子體使之柱狀納米管變成錐形結(jié)構(gòu)，最后他們將非晶硅沉積在上面。
應(yīng)用這種結(jié)構(gòu)的陽極的鋰離子電池在快速充放電循環(huán)中也表現(xiàn)出了極高的穩(wěn)定性，陽極能達(dá)到1954mAh/g(是傳統(tǒng)陽極的五倍性能)。在230次充放電循環(huán)后仍保留有1200mAh/g的比容量。這種電池技術(shù)如果能夠批量生產(chǎn)，相信對智能手機(jī)和電動(dòng)汽車行業(yè)的影響都十分巨大。
