阿爾伯塔大學(xué)的化學(xué)家們朝著制造新一代硅基鋰離子電池邁出了關(guān)鍵一步，這種電池充電容量是現(xiàn)有鋰離子電池的10倍。美國(guó)化學(xué)家吉利安·布里亞克(Jillian Buriak)說：我們想測(cè)試不同尺寸的硅納米顆粒如何影響電池內(nèi)部的破裂。硅顯示出制造更大容量電池的前景，因?yàn)樗鼉?chǔ)量豐富，比目前鋰離子電池中使用的石墨能吸收更多的鋰。問題是，硅在多次充放電循環(huán)后容易破裂，因?yàn)樗谖蘸歪尫配囯x子時(shí)會(huì)膨脹和收縮?，F(xiàn)有的研究表明，將硅塑造成納米級(jí)的顆粒、電線或管道有助于防止它斷裂。

博科園-科學(xué)科普：Buriak，化學(xué)家Jonathan Veinot的同事和團(tuán)隊(duì)想要知道的是這些結(jié)構(gòu)需要多大的尺寸才能最大限度地發(fā)揮硅的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)最大限度地減少其缺點(diǎn)。研究人員檢測(cè)了四種不同尺寸的硅納米顆粒，它們均勻分布在由具有納米孔徑的碳制成高導(dǎo)電性石墨烯氣凝膠中，以彌補(bǔ)硅的低導(dǎo)電性。

發(fā)現(xiàn)，最小的顆粒（直徑僅為30億分之一米）在多次充放電循環(huán)后表現(xiàn)出最佳的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。當(dāng)這些顆粒變得更小時(shí)，發(fā)現(xiàn)它們能夠更好地控制硅在循環(huán)中和鋰合金化和脫合金化時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)變。

化學(xué)家吉莉安·布里亞克，喬納森·維諾特和他們的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)納米硅顆?？朔嗽阡囯x子電池中使用硅的限制，這一發(fā)現(xiàn)可能導(dǎo)致新一代電池的容量是目前鋰離子電池的10倍。圖片：John Ulan

這項(xiàng)研究在“任何依賴電池儲(chǔ)能的東西”上都有潛在的應(yīng)用前景。維諾特是部分支持這項(xiàng)研究的ATUMS研究生培訓(xùn)項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人。想象一下，如果一輛汽車的電池與特斯拉(Tesla)的電池大小相同，那么它行駛距離可能是特斯拉的10倍，或者充電容量是特斯拉的10倍。下一步是開發(fā)一種更快、更便宜的方法來制造硅納米顆粒，使工業(yè)和技術(shù)開發(fā)人員更容易獲得它們。這項(xiàng)名為“石墨烯氣凝膠復(fù)合陽極中硅納米晶體的尺寸和表面效應(yīng)”的研究發(fā)表在《材料化學(xué)》上。

博科園-科學(xué)科普｜研究/來自：阿爾伯塔大學(xué)

Katie Willis, University of Alberta

參考期刊文獻(xiàn):《Chemistry of Materials》

DOI: 10.1021/acs.chemmater.8b03198

博科園-傳遞宇宙科學(xué)之美