科学家提出一种全新电池设计方案克服硅融入锂电池难题或可为卫星和宇航服供电

在突破电池瓶颈中科学家不断探索着各种替代材料,而硅是受到诸多科学家认可、被认为很有前途的一种材料。来自克莱姆森大学的科研团队近日提出了一种全新的设计方案,克服了将这种材料融入锂离子电池中的一些问题,从而展示出了一种轻巧的多用途设备,可以为卫星和宇航服供电。

科学家提出一种全新电池设计方案克服硅融入锂电池难题或可为卫星和宇航服供电
科学家提出一种全新电池设计方案克服硅融入锂电池难题或可为卫星和宇航服供电
科学家提出一种全新电池设计方案克服硅融入锂电池难题或可为卫星和宇航服供电

科学家长期以来一直在研究硅在锂离子电池中的潜力,使用这种材料作为阳极组件可以将这些设备的存储容量提高 10 倍。但想要商用化,需要解决一些问题。

科学家提出一种全新电池设计方案克服硅融入锂电池难题或可为卫星和宇航服供电
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科学家提出一种全新电池设计方案克服硅融入锂电池难题或可为卫星和宇航服供电
科学家提出一种全新电池设计方案克服硅融入锂电池难题或可为卫星和宇航服供电
科学家提出一种全新电池设计方案克服硅融入锂电池难题或可为卫星和宇航服供电
科学家提出一种全新电池设计方案克服硅融入锂电池难题或可为卫星和宇航服供电

首先,硅并不具备像石墨一样的耐用性。在电池充放电时,往往会膨胀、收缩和分解成小块。这将导致阳极的恶化和电池的失效。过去几年间,科学家提出了多种潜在的解决方案,包括硅转变成海绵状的纳米纤维或微小的纳米球,然后再将它们集成到设备中。

来自来自克莱姆森大学的科研团队希望借助名为“Buckypaper”的碳纳米管薄片来加强硅的可靠性,这种碳纳米管薄片被用于开发下一代飞机的隔热罩。这些薄片与微小的、纳米级的硅颗粒配对,团队称这种排列方式很像一副牌,硅颗粒夹在每层牌之间。

该研究的第一作者 Shailendra Chiluwal 表示:“独立的碳纳米管片使硅纳米粒子之间保持电连接、这些纳米管形成了一个准三维结构,即使在500次循环之后,也能将硅纳米粒子保持在一起,并减轻了纳米粒子破裂所产生的电阻”。

该团队认为,这种方法的好处是,即使电池的充放电导致硅颗粒破裂,它们仍然被锁在夹层内,能够发挥其功能。这意味着从理论上来说可以让电池具备更高的容量,这意味着能量可以存储在更轻的电池中,从而降低设备的整体重量。

科学家称,作为一个额外的奖励,纳米管的使用创造了一种缓冲机制,使电池能够以当前迭代速度的四倍进行充电。这种轻质、支持快充的高容量电池可以实现多种用途,包括电动汽车太空探索等等。

研究作者 Ramakrishna Podila 表示:“大多数卫星主要从太阳获得电力。但卫星必须能够为它们在地球阴影下的时候储存能量。我们必须使电池尽可能轻,因为卫星重量越大,其任务成本越高。”

该研究发表在《应用材料与界面》杂志上。资料来源:克莱姆森大学 [cnbeta]

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