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新技术将锂电池储电量和充电率各提高10倍
发布时间:2011-12-08 16:58:46

      

新技术将锂电池储电量和充电率各提高10倍

       手机电池带电超过一周,每次充电只需15分钟。美国西北大学的研究人员让我们离这个梦想又进了一步。据美国物理学家组织网11月15日(北京时间)报道,该校的工程师研制出一种针对锂离子电池的电极,允许电池保有比现有技术高10倍的电量,更可使带有新电极的电池充电率提升10倍。相关研究报告发表在近期出版的《先进能源材料》杂志上。

    储电量和充电率是两个主要的电池局限。储电量受限于电荷密度,即电池的两极能容纳多少锂离子。充电率则受限于锂离子从电解液到达负极的速度。

    现有锂电池的负极由碳基的石墨烯片层层堆积而成,一个锂原子只能适配6个碳原子。为了增加储电量,科学家曾尝试利用硅代替碳,以使硅可以适配更多锂,达到4个锂原子对应1个硅原子。然而,硅会在充电过程中显著扩展和缩小,从而引起充电容量的快速破裂和遗失。而石墨烯片的形状也会制约电池的充电率,它们虽只有一个碳原子厚,但却很长。由于锂移动到石墨烯片中间需要耗费很长时间,离子“交通堵塞”的情况在石墨烯片的边缘时有发生。

    现在,研究团队结合两种技术解决了上述问题。首先为了稳定硅以保持最大的充电容量,他们在石墨烯片之间加入硅簇,利用石墨烯片的弹性配合电池使用中硅原子数量的变化,使得大量锂原子存储于电极中。硅簇的添加可使能量密度更高,同时也能降低因硅扩展和缩小引发的充电容量损失,可谓两全其美。

    研究小组还利用化学氧化过程在石墨烯片上制造了10纳米至20纳米微孔,称之为“面缺陷”,因此锂离子将会沿此捷径到达负极,并通过与硅发生反应,存储在负极。这将使电池的充电时间缩短10倍。

    论文主要作者哈罗德·H·孔(音译)表示,新技术能使锂离子电池的充电寿命延长10倍,即使在充电150次后,电池能效仍是现有锂离子电池的5倍。这一技术有望在未来3至5年内进入市场。
信息来源:科技日报




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