中國粉體網(wǎng)訊 鉛筆頭上的材料-石墨同樣也一直是如今鋰離子電池的關(guān)鍵組成部分。不過,，隨著人們對此類電池越來越依賴,，基于石墨烯的電極應(yīng)該進(jìn)一步升級(jí)。因此,，科學(xué)家們找到了數(shù)字革命的核心元素——硅,。
據(jù)外媒報(bào)道，美國能源部西北太平洋國家實(shí)驗(yàn)室（the U.S. Department of Energy's Pacific Northwest National Laboratory,，PNNL）的科學(xué)家們找到了一種新方法，能夠利用此種前景很好,、但是問題也多多的儲(chǔ)能成分,。硅通常用于計(jì)算機(jī)芯片和很多其他產(chǎn)品，因每克硅的電荷量是石墨的10倍,，因而備受關(guān)注,。問題是，硅在遇到鋰時(shí),，會(huì)急劇膨脹,，而且過于脆弱,，無法承受制造電極時(shí)的壓力。
為了解決此類問題,，PNNL的研究人員研發(fā)了一種獨(dú)特的納米結(jié)構(gòu),，可以限制硅膨脹，同時(shí)還用碳將其強(qiáng)化,。該研究可能會(huì)為其他類型的電池提供新型電極材料設(shè)計(jì),，并最終有助于提高電動(dòng)汽車、電子設(shè)備和其他設(shè)備鋰離子電池的能量容量,。
作為一種導(dǎo)電且穩(wěn)定的碳,，石墨非常適合用于在充電時(shí)將鋰離子填入陽極中。與石墨相比,，硅能夠吸收很多的鋰,，但是體積也會(huì)膨脹3倍，導(dǎo)致陽極破裂,。研究人員將微小的硅顆粒聚集成直徑約為8微米的微球（大約是一個(gè)紅血球大�,。蛟炝硕嗫坠�,。
研究人員表示：“例如,，像石頭等固體材料，如果體積膨脹得太大就會(huì)破裂,。我們打造的結(jié)構(gòu)更像海綿,，內(nèi)部有空間會(huì)吸收膨脹�,！�
研究發(fā)現(xiàn),，當(dāng)比普通石墨電極多容納兩倍電荷時(shí)，多孔硅結(jié)構(gòu)電極的厚度變化小于20%,。與之前的多孔硅不同,，得益于讓微球變得像紗線球的碳納米管，該微球也表現(xiàn)出非凡的機(jī)械強(qiáng)度,。
研究人員通過在碳納米管上涂覆氧化硅,，分幾個(gè)步驟打造了該結(jié)構(gòu)。接下來,，該納米管被放入水與油的乳狀液體中,，然后加熱至沸騰。研究人員表示：“當(dāng)水蒸發(fā)時(shí),，涂覆了氧化硅的碳納米管會(huì)凝結(jié)成球狀,。然后，用鋁和更高的熱量,，將氧化硅轉(zhuǎn)化為硅,，再浸入到水和酸中,，除去衍生物�,！痹撨^程會(huì)產(chǎn)生一種由碳納米管表面微小硅微粒組成的粉末,。
研究人員利用原子力顯微鏡探針測試了該多孔硅球的強(qiáng)度，結(jié)果發(fā)現(xiàn),，其中納米大小的紗線球在非常高的壓縮力下會(huì)產(chǎn)生輕微的彎曲,，并失去一些孔隙，但是不會(huì)破裂,。
這一結(jié)果對于實(shí)現(xiàn)此種材料的商業(yè)化是一個(gè)好兆頭,，因?yàn)殛枠O材料在制造過程中必須能夠承受滾軸的高壓縮力。研究人員表示,，下一步將研發(fā)更具擴(kuò)展性,、更經(jīng)濟(jì)的方法，來制造硅微球,，從而未來能夠生產(chǎn)出新一代高性能鋰離子電池,。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/茜茜）
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