阿尔伯塔大学的化学家们朝着制造新一代硅基锂离子电池迈出了关键一步，这种电池充电容量是现有锂离子电池的10倍。美国化学家吉利安·布里亚克(Jillian Buriak)说：我们想测试不同尺寸的硅纳米颗粒如何影响电池内部的破裂。硅显示出制造更大容量电池的前景，因为它储量丰富，比目前锂离子电池中使用的石墨能吸收更多的锂。问题是，硅在多次充放电循环后容易破裂，因为它在吸收和释放锂离子时会膨胀和收缩。现有的研究表明，将硅塑造成纳米级的颗粒、电线或管道有助于防止它断裂。
博科园-科学科普：Buriak，化学家Jonathan Veinot的同事和团队想要知道的是这些结构需要多大的尺寸才能最大限度地发挥硅的优点，同时最大限度地减少其缺点。研究人员检测了四种不同尺寸的硅纳米颗粒，它们均匀分布在由具有纳米孔径的碳制成高导电性石墨烯气凝胶中，以弥补硅的低导电性。
发现，最小的颗粒（直径仅为30亿分之一米）在多次充放电循环后表现出最佳的长期稳定性。当这些颗粒变得更小时，发现它们能够更好地控制硅在循环中和锂合金化和脱合金化时产生的应变。
化学家吉莉安·布里亚克，乔纳森·维诺特和他们的团队发现纳米硅颗粒克服了在锂离子电池中使用硅的限制，这一发现可能导致新一代电池的容量是目前锂离子电池的10倍。图片：John Ulan
这项研究在“任何依赖电池储能的东西”上都有潜在的应用前景。维诺特是部分支持这项研究的ATUMS研究生培训项目的负责人。想象一下，如果一辆汽车的电池与特斯拉(Tesla)的电池大小相同，那么它行驶距离可能是特斯拉的10倍，或者充电容量是特斯拉的10倍。下一步是开发一种更快、更便宜的方法来制造硅纳米颗粒，使工业和技术开发人员更容易获得它们。这项名为“石墨烯气凝胶复合阳极中硅纳米晶体的尺寸和表面效应”的研究发表在《材料化学》上。
博科园-科学科普｜研究/来自：阿尔伯塔大学
Katie Willis, University of Alberta
参考期刊文献:《Chemistry of Materials》
DOI: 10.1021/acs.chemmater.8b03198
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