美大學(xué)研究純硅作負(fù)極材料

本報(bào)訊? 美國(guó)賓州州立大學(xué)的研究人員開發(fā)一種新策略，可以在鋰離子電池中擴(kuò)大硅基負(fù)極的應(yīng)用，將電動(dòng)汽車、智能手機(jī)的功率提高20%。

機(jī)械與化學(xué)工程教授Donghai Wang表示：“硅有望成為下一代鋰離子電池負(fù)極材料。但是，研究表明，在循環(huán)過程中，這種材料非常不穩(wěn)定。”在傳統(tǒng)鋰離子電池循環(huán)周期中，硅作為負(fù)極材料會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的體積膨脹與收縮，限制其商業(yè)應(yīng)用潛力。這種在充放電過程反復(fù)出現(xiàn)的體積變化，使電池結(jié)構(gòu)受損。久而久之，會(huì)導(dǎo)致電池發(fā)生爆料等不穩(wěn)定現(xiàn)象，縮短電池壽命。

研究人員開發(fā)新策略，保持硅材料彈性，從而更好地傳輸能量，保持電極完整性。Wang表示：“我們發(fā)現(xiàn)，采用超彈性凝膠聚合物電解質(zhì)（GPE）緩沖層，包圍硅基負(fù)極，可以讓硅保持穩(wěn)定，阻止電極內(nèi)的粒子移動(dòng)。”GPE材料由軟醚部分和硬循環(huán)部分構(gòu)成，軟醚部分提供彈性，硬循環(huán)部分防止聚合物過度膨脹。“兩部分協(xié)同工作，使GPE材料適當(dāng)膨脹和收縮，同時(shí)保持硅負(fù)極結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。”

研究人員表示，這一策略或?qū)⒔鉀Q目前硅基負(fù)極面臨的問題，將鋰離子電池的儲(chǔ)能提高20%。Wang說：“以往的電池中只能用5%的硅，所產(chǎn)生的效果十分有限。通過這種方法，我們可以使用純硅負(fù)極顯著增加電池的容量和能量密度，為創(chuàng)造下一代鋰離子電池鋪平道路。”