微小的硅颗粒可以为锂离子电池提供10倍以上的能量

阿尔伯塔大学的化学家们朝着创造一种新一代硅基锂离子电池迈出了关键的一步，这种电池的充电容量是目前电池的10倍。

图片说明：美国化学家吉利安•布里亚克（见图）的乔纳森•维诺及其团队发现，纳米硅粒子克服了在锂离子电池中使用硅的限制。这一发现可能会导致新一代电池的容量是目前锂离子电池的10倍。（照片：约翰·乌兰）

“我们想测试不同尺寸的硅纳米颗粒如何影响这些电池内部的破裂，”美国化学家、加拿大纳米材料能源研究会主席JillianBuriak说。

硅显示出制造更高容量电池的前景，因为它的储量丰富，可以吸收比目前锂离子电池中使用的石墨更多的锂。问题是，硅在多次充放电循环后容易破裂和断裂，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粒子、线或管有助于防止其断裂。布里亚克（Buriak），化学家乔纳森·维诺（Jonathan Veino）的同事，以及他们的团队想知道的是，这些结构需要多大的尺寸才能最大限度地发挥硅的优势，同时最大限度地减少缺点。

研究人员检测了四种不同尺寸的硅纳米颗粒，它们均匀分布在由碳制成的具有纳米孔的高导电性石墨烯气凝胶中，以补偿硅的低导电性。他们发现，在经过多次充放电循环后，直径仅为30亿分之一米的最小颗粒显示出最佳的长期稳定性。

布里亚克解释说：“随着粒子变小，我们发现它们能够更好地控制在循环过程中硅与锂合金化和脱合金时产生的应变。”

这项研究在“任何依赖电池储能的东西”中都有潜在的应用，埃维诺说，他是部分支持这项研究的ATOMS研究生培训项目的负责人。

“想象一下，一辆车的电池大小与特斯拉一样，可以行驶10倍，或者充电频率比特斯拉低10倍，或者电池重量比特斯拉轻10倍。”

维诺说，下一步是开发一种更快、更便宜的方法来制造硅纳米颗粒，使工业和技术开发商更容易获得它们。