增压硅电池

作为全球转向可再生能源，从化石燃料，但同时依赖更多的能源消耗设备，有较大的高性能电池的一个快速增长的需要。锂离子电池（LIBS）是我们大多数便携式电子产品的动力，但它们是易燃的，甚至可以爆炸，因为它发生在最近的智能手机上。为了防止此类事故发生，目前的解决方案是将负极——负极（-）电极与阴极（+）相反，放入石墨框架中，从而绝缘锂离子。然而，这种套管被限制在一个小的范围内，以避免物理崩溃，从而抑制容量-能量的数量，你可以储存-电池。

从一个铜框架（在右边的橙色）开始，阳极是通过交替地沉积硅（顶）和纳米结构钽金属（底部）和巨大的控制层。（图片来源：OIST纳米粒子的设计单位）SMT贴片加工

寻找更好的材料，硅在容量方面比碳石墨在锂电池方面具有很大的优势。六个碳原子需要结合一个单一的锂原子，但一个硅原子可以同时绑定四个锂原子，使电池容量增加10倍以上。然而，能够捕捉到许多锂离子意味着阳极的体积膨胀300%至400%，导致断裂和结构完整性丧失。为了克服这个问题，现在研究人员报道学院先进科学建立在纳米层硅–不像一个多层蛋糕–保持优势的同时，防止身体崩溃硅阳极的设计。

这种新电池也旨在提高功率，这是一种充电和传送能量的能力；

“在电池技术现在的目标是提高充电速度和功率输出，”Marta Haro Remon博士说，这项研究的第一作者。虽然长时间充电是不错的，但你不会在充电站等你的电动车三个小时。

当涉及到提供能源时，你会希望你的车在交通灯或停车标志处迅速启动，这需要高功率的峰值，而不是缓慢地向前爬行。一个深思熟虑的设计硅基阳极可能是一个解决方案，并回答这些期望。

背后的想法在纳米粒子的新型阳极的设计单位在冲绳科技学院研究生大学是精确控制和相应的物理结构的纳米粒子合成的能力。非金属硅薄膜层与钽金属纳米颗粒支架交替沉积，导致硅被夹在钽框架中。

“我们使用的技术称为团簇束沉积，”继续哈罗博士。所需材料直接镀在表面上，控制得很好。这是一种纯物理方法，不需要化学品、催化剂或其他粘合剂。

“我们使用的技术称为团簇束沉积，”继续哈罗博士。所需材料直接镀在表面上，控制得很好。这是一种纯物理方法，不需要化学品、催化剂或其他粘合剂。

本研究的结果，在学院Sowwan教授的带领下，阳极具有更高的功率可抑制肿胀，和优良的循环性能–，电池可以充电和放电前失去效率周期的量。通过更深入地研究硅的纳米结构层，科学家们意识到硅显示出了一种类似于颗粒结构的重要的孔隙率，在这种结构中，锂离子可以以非结构化、非晶硅的速度在更高的速度下运行，从而解释了功率的增加。同时，沿着ta纳米颗粒支架的硅通道的存在使得锂离子在整个结构中扩散。另一方面，钽金属外壳，同时抑制肿胀和改善结构的完整性，也限制了整体能力-现在。

然而，这种设计目前只处于概念验证阶段，为增加能力的许多机会打开了大门。

“这是一个非常开放的合成方法，有许多参数，你可以玩，”评论哈罗博士。例如，我们想优化层的层数，它们的厚度，以及用其他材料代替钽金属。

利用这种技术铺平了道路，很可能是未来电池的解决方案，预计将在我们的生活中无处不在，将发现纳米粒子。

原：Wilko Duprez