硅纳米粒子可以将锂离子电池的寿命延长10倍

作者：杨超月

在开发新电池技术时，研究人员要么将精力投入到锂离子电池的新替代品中，要么寻找另一种方法来利用现有的锂基系统提高性能。加拿大研究人员采用后一种方法，即使用纳米级硅颗粒来增加锂离子电池的充电容量。

他们的科学论文详细介绍了如何测试四种不同尺寸的硅颗粒，以防止电池内部破裂的破坏性过程。他们还开发了一种由石墨烯气凝胶制成的复合材料，可以用作效率更高的阳极。

他们的努力以硅基锂离子电池的形式获得了回报，该电池可以存储和释放的电荷是传统电池的10倍。在阿尔伯塔大学的研究小组在该杂志公布这些发现材料化学。

典型的锂离子电池的阳极使用石墨，石墨是带正电的电极，可释放电子。石墨价格便宜，但不能很好地吸收锂离子。这限制了石墨作为阳极的能力。(相关：固态电池的突破可能会成为电动汽车的全面变革者。)

硅基阳极的优缺点

硅被认为是非常有前途的石墨替代材料。尽管硅的含量不及晶体碳，但硅仍然很多且便宜。与石墨相比，它还能够吸收大量的锂离子，从而使硅阳极具有更大的充电容量。然而，与石墨相比，硅确实遭受了严重的不利影响。每当它吸收锂时，硅结构的尺寸就会扩大。相反，它会在释放这些离子时收缩。

此过程使硅承受巨大的物理压力。在经历了太多的这些充电和放电循环后，由硅制成的结构最终将破裂并破裂。

较早的研究已经确定，可以通过将硅制成非常微小的形状(需要以纳米为单位)来减轻其破裂的趋势。形状包括粒子，管和线。

研究作者Jillian Buriak，她的队友Jonathan Veinot和其他研究人员希望确定用于锂离子电池阳极的这些硅纳米结构的最佳尺寸。如果纳米结构太大，它们仍然容易断裂。另一方面，过小的电极在充电时的性能会太差。

寻找用于锂离子电池的最佳硅纳米颗粒尺寸

在他们的实验中，Buriak和Veinot的团队创造了四种不同尺寸的硅纳米颗粒。最小的颗粒只有十亿分之三米长。