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美国科学家研发成功新型硅纳米线电池

中研股份2019年4月12日讯  虽然笔记本电脑及其他电子设备的性能提升非常迅速,但其电池性能的改善却一直不温不火。美国斯坦福大学科学家发明了一种用纳米硅线制成的新型锂电池,该电池比传统充电电池的储电量提高了10倍。这一新技术理论上可使笔记本电脑的电池连续使用时间达到4天,电动汽车使用这样的电池可行驶上百公里。

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美国科学家研发成功新型硅纳米线电池

该技术的关键在于提高电池阳极的储电量。当电池充电时,带正电的锂离子将吸附住电流中的电子,并移动到阳极。当电池放电时,锂离子放出原来吸附的电子,放出电能,并通过导电胶回到阴极。传统电池的阳极由非常薄的碳原子层组成,而储存一个锂离子需要六个碳原子。相比之下,硅的储电潜力巨大,因为一个硅原子就能储存四个锂离子。但是,当研究人员用硅薄层或硅离子制成电池阳极时,大量高速运动的锂原子会将阳极的硅击碎,甚至还会破坏硅原子与底层金属基底的联系,减弱其效力。

斯坦福大学材料学家崔毅(音译)发现,用须状硅线制成的电池阳极能大大改善这一状况。研究人员在不锈钢基底上培育了一大片硅纳米线,然后加入普通的电解液和电极制成简单的电池。在一系列实验中,硅纳米线不停地膨胀和收缩,但始终没有从基底脱落。研究人员称,主要原因在于纳米线的形状使硅原子点阵能沿着线迅速膨胀收缩,从而缓解了结构应变,使纳米线牢牢附着在金属基底上。崔毅研究小组发现,通过这种办法,硅阳极储存的电量比传统石墨阳极要高10倍。

美国麻省理工学院电池制造专家格布兰迪·锡德高度评价了这一研究结果。但他同时提出,要制造比传统电池储电量大10倍的锂电池,还需要一个同样能储存更多电荷的阴极。不过,因为硅纳米线阳极的重量和体积大大缩小,电池制造商将能在原有空间加入更多阴极材料来储存更多电荷。

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