中國粉體網(wǎng)訊 基恩伯迪切夫斯基,，作為特斯拉的第7號員工，他領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊為特斯拉的第一款汽車Roadster設(shè)計了鋰離子電池組,，這款汽車讓全世界相信了電動汽車的重要性,。十年后，電動汽車可以與普通的耗油汽車相抗衡,，但在電池的保質(zhì)期和電池的能量容量之間仍然存在很大的權(quán)衡,。伯迪切夫斯基意識到，如果想要讓我們的道路完全電氣化,，就需要采取一種完全不同的方法,。
2011年，伯迪切夫斯基創(chuàng)立了Sila Nanotechnologies來制造更好的電池,。他的秘密成分是納米硅粒子,，當(dāng)它們用作電池的負(fù)極時，可以給鋰離子電池充電,。如今,，Sila是少數(shù)幾家競相將鋰硅電池帶出實驗室、投入現(xiàn)實世界的公司之一,。在現(xiàn)實世界中,，它們有望在從耳塞到汽車等各種電子設(shè)備的外形和功能方面開辟新的前沿。
Sila Nano長期方針是高能電動汽車,，但目前第一步是向小型設(shè)備進(jìn)軍,。伯迪切夫斯基計劃明年在消費電子產(chǎn)品中使用第一塊鋰硅電池，他說,，這將使電池每次充電的續(xù)航時間延長20%,。作為大多數(shù)現(xiàn)代電子產(chǎn)品的數(shù)碼心臟原料，硅和鋰是與蝙蝠俠和羅賓齊名的動態(tài)組合,。
當(dāng)鋰離子電池充電時,，鋰離子會流向負(fù)極,，負(fù)極通常由一種叫做石墨構(gòu)成,。如果你把石墨換成硅,，更多的鋰離子可以儲存在負(fù)極上，這就增加了電池的能量容量,。但是把所有這些鋰離子塞進(jìn)電極會導(dǎo)致它像氣球一樣膨脹;在某些情況下,，它甚至可以增長到四倍大。
膨脹的負(fù)極可以粉碎納米硅顆粒,，并打破負(fù)極和電池電解質(zhì)之間的保護(hù)屏障,，從而將鋰離子輸送到電極之間。隨著時間的推移,，負(fù)極和電解液之間的邊界處會形成污垢,，既阻礙了鋰離子的有效轉(zhuǎn)移，又使許多鋰離子失去功效,。
解決這個問題的一種方法是在石墨陽極上撒上少量的氧化硅,。這就是特斯拉目前的電池方式。氧化硅是預(yù)膨脹的,，所以它減少了負(fù)極在充電過程中膨脹的壓力,。但它也限制了可以儲存在正極的鋰數(shù)量。以這種方式給電池充電不足以帶來兩位數(shù)的性能提升,，但有總比沒有要好,。
NanoGraf的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席技術(shù)官凱瑞海納認(rèn)為，可以在不損失硅氧化物的能量容量的情況下充分利用硅和石墨,。在NanoGraf,，他和他的同事通過在石墨烯中嵌入硅顆粒來提高碳硅電池的能量。他們的設(shè)計使用了石墨烯基質(zhì),，使硅有膨脹的空間,，并保護(hù)負(fù)極不受電解液的破壞。海納說,，石墨硅陽極可以使鋰離子電池的能量增加30%,。
但是要把這個數(shù)字推到40%到50%的范圍，你必須把石墨完全排除在外,。多年來,，科學(xué)家們已經(jīng)知道如何制造硅陽極，但他們一直在努力擴(kuò)大制造過程中涉及的先進(jìn)納米工程流程,。
Sila是最早發(fā)現(xiàn)如何大規(guī)模生產(chǎn)硅納米顆粒的公司之一,。他們的解決方案是將硅納米顆粒封裝到一個堅硬的外殼中，以保護(hù)它們不受電池電解液的破壞,。外殼的內(nèi)部基本上是一個硅海綿,，它的多孔性意味著它可以適應(yīng)電池充電時的膨脹,。
這與材料制造商Advano采用的方法類似，后者在新奧爾良的工廠生產(chǎn)成噸的硅納米顆粒,。為了降低生產(chǎn)納米顆粒的成本,，阿德瓦諾的原材料來自于生產(chǎn)太陽能電池板和其他電子產(chǎn)品的公司的硅片。阿德瓦諾工廠使用化學(xué)工藝將晶圓磨成高度工程化的納米顆粒,，用于電池負(fù)極,。
“真正的問題不是‘我們能得到一個強(qiáng)大的電池嗎?'問題是，我們能否讓電池便宜到足以制造數(shù)萬億個這樣的電池?”Advano的創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官亞歷山大吉羅表示,。
到目前為止,，這些公司都沒有看到他們的陽極材料被用于消費產(chǎn)品，但他們都在與電池制造商進(jìn)行談判,，以實現(xiàn)這一目標(biāo),。Sila預(yù)計其陽極將在一年內(nèi)用于無線耳機(jī)和智能手表。投資了iPod聯(lián)合創(chuàng)始人托尼法德爾(Tony Fadell)的Advano也在進(jìn)行談判,，希望在不久的將來將其陽極應(yīng)用于消費電子產(chǎn)品,。雖然離電動汽車還有很長一段路要走，但證明這項技術(shù)在電子產(chǎn)品中也能發(fā)揮作用,，是朝著這個方向邁出的一小步,。
佐治亞理工學(xué)院的材料科學(xué)家馬修麥克道爾(Matthew McDowell)說:“電池的發(fā)展速度不如其他技術(shù)領(lǐng)域，比如計算機(jī),�,！彼f，原因在于電池負(fù)極用硅代替石墨所涉及的變量之間復(fù)雜的相互作用,。這不僅僅是增加能量密度的問題,，還要確保這不會降低電池的熱穩(wěn)定性、充電率或壽命,。
麥克道爾說:“大規(guī)模設(shè)計新材料,，在滿足所有其他指標(biāo)的同時提高產(chǎn)能，是一個重大挑戰(zhàn),。
這就是為什么公司從小型消費電子產(chǎn)品開始,，制造第一波硅鋰電池。斯蒂芬森可再生能源研究所的主任勞倫斯·哈德威克說,，它們是“唾手可得的果實”,。電子產(chǎn)品中的電池只能使用幾年。電動汽車需要電池壽命超過10年,，并能處理日常充電,、各種溫度變化和其他獨特的壓力。哈德威克說,，制造一種能在更長時間內(nèi)保持高能量的鋰硅電池是一個“更大的挑戰(zhàn)”,。
伯迪切夫斯基很清楚大規(guī)模生產(chǎn)一種可用于電動車的鋰硅電池所面臨的障礙,。他預(yù)計至少要到2025年才能在商用電動汽車上看到硅陽極。但他相信,，一旦他們問世,，它將再次重塑汽車工業(yè)。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/江岸）
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