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    硅納米粒子可助鋰電池一臂之力,電池容量有望增10倍

    鉅大LARGE  |  點擊量:908次  |  2019年07月02日  

    通常智能手機的電量會在一天之內用罄、電動車續航里程則平均不到500公里,目前電池容量著實不高,但加拿大阿爾伯塔大學有望改變這一現狀,該團隊在鋰離子電池陽極添入硅納米粒子,成功研發出電池容量超過10倍的硅-鋰電池

    鋰離子電池是目前電池儲能系統技術龍頭,消費型電子產品、電動車或是儲能系統都可以看到它們的身影,只不過該電池還是存在許多挑戰,象是電解質易燃、容量不高與壽命短等問題,這些都是科學家想逐一突破的課題。

    其中硅可說是大幅提升鋰電池容量的陽極好幫手,不管是吸收鋰離子的效果還是在地殼上的含量,都比現在鋰電池采用的石墨陽極還要好,若采用100%硅陽極,電池容量理論上可以增加70%,但事情總是沒有想象中那么簡單,硅在充電時體積會膨脹300%,放電時又會縮小恢復正常,只要充電一次硅材料就會不堪負荷碎成粉狀,大幅限制硅含量。

    因此現在各國科學將都想要克服這項挑戰,像是先前挪威能源技術研究所將硅納米粒子與未命名材料相結合,使硅顆粒能承受較大的體積變化,有望將電容量提升最高5倍;美國SilaNanotechnologies公司則采用石墨-硅納米復合材料,運用多孔支架為硅挪出可膨脹與縮小的空間,解決膨脹問題并讓電池容量提高20%。

    顯然這些研究都跟納米技術有關,將硅制成納米級的晶體、線狀或管狀或許就可以防止硅材料在充放電時受損。

    而此次加拿大阿爾伯塔大學也善加利用納米技術,并想藉此得知目前技術可以把多小的硅材料放入鋰電池陽極中,阿爾伯塔大學化學家JillianBuriak指出,團隊想觀察不同大小的硅納米粒子在充放電中如何變化。

    為了得出答案,團隊以3、5、8和15nm四種不同直徑長度的硅納米粒子進行實驗,將納米粒子均勻放入高電導石墨烯氣凝膠之中,最后發現最小、約三十億分之一公尺的納米粒子拔得頭籌,Buriak對此表示,研究發現,將納米粒子縮小有助科學家控制硅的膨脹與縮小等應變。

    根據團隊在《ChemistryofMaterials》發表的研究,在電流密度達每克400mA下,新電池經過500次充放電之后表現仍良好,比容量達每克1,100mAh,容量也能維持在90%。

    由于研究初步有成,阿爾伯塔大學下一步則計劃找出更便宜、更快速的硅納米粒子制造方法,希望可盡快將該技術整合到現在的鋰離子電池制程,或許未來哪一天,電池充電速度與電池重量就能減少10倍,電動車續航里程也能增加10倍。


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