硅纳米粒子可助锂电池一臂之力 电池容量有望增10倍,锂电池概念股,锂电池题材股

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硅纳米粒子可助锂电池一臂之力 电池容量有望增10倍
2019-01-18

  通常智能手机的电量会在一天之内用罄、电动车续航里程则平均不到500公里,目前电池容量着实不高,但加拿大阿尔伯塔大学有望改变这一现状,该团队在锂离子电池阳极添入硅纳米粒子,成功研发出电池容量超过10倍的硅-锂电池。

  锂离子电池是目前电池储能系统技术龙头,消费型电子产品、电动车或是储能系统都可以看到它们的身影,只不过该电池还是存在许多挑战,象是电解质易燃、容量不高与寿命短等问题,这些都是科学家想逐一突破的课题。

  其中硅可说是大幅提升锂电池容量的阳极好帮手,不管是吸收锂离子的效果还是在地壳上的含量,都比现在锂电池采用的石墨阳极还要好,若采用100%硅阳极,电池容量理论上可以增加70%,但事情总是没有想象中那么简单,硅在充电时体积会膨胀300%,放电时又会缩小恢复正常,只要充电一次硅材料就会不堪负荷碎成粉状,大幅限制硅含量。

  因此现在各国科学将都想要克服这项挑战,像是先前挪威能源技术研究所将硅纳米粒子与未命名材料相结合,使硅颗粒能承受较大的体积变化,有望将电容量提升最高5倍;美国Sila Nanotechnologies公司则采用石墨-硅纳米复合材料,运用多孔支架为硅挪出可膨胀与缩小的空间,解决膨胀问题并让电池容量提高20%。

  显然这些研究都跟纳米技术有关,将硅制成纳米级的晶体、线状或管状或许就可以防止硅材料在充放电时受损。

  而此次加拿大阿尔伯塔大学也善加利用纳米技术,并想藉此得知目前技术可以把多小的硅材料放入锂电池阳极中,阿尔伯塔大学化学家Jillian Buriak指出,团队想观察不同大小的硅纳米粒子在充放电中如何变化。

  为了得出答案,团队以3、5、8和15nm四种不同直径长度的硅纳米粒子进行实验,将纳米粒子均匀放入高电导石墨烯气凝胶之中,最后发现最小、约三十亿分之一公尺的纳米粒子拔得头筹,Buriak对此表示,研究发现,将纳米粒子缩小有助科学家控制硅的膨胀与缩小等应变。

  根据团队在《Chemistry of Materials》发表的研究,在电流密度达每克400mA下,新电池经过500次充放电之后表现仍良好,比容量达每克1,100mAh,容量也能维持在90%。

  由于研究初步有成,阿尔伯塔大学下一步则计划找出更便宜、更快速的硅纳米粒子制造方法,希望可尽快将该技术整合到现在的锂离子电池制程,或许未来哪一天,电池充电速度与电池重量就能减少10倍,电动车续航里程也能增加10倍。

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