研究人員設計了一種新穎的納米結構克服硅基陽極粉化

2022-09-15 06:13:22 編輯：宣武雄來源：

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文章來源：科技日報

硅是目前最重要的半導體材料，但其應用范圍遠不止于此。能源部西北太平洋實驗室研究人員設計了一種新穎的納米結構，能夠賦予硅非凡的強度，使其有望成為鋰離子電池的陽極材料，成為石墨的升級版。研究人員在《自然·通訊》雜志上發表研究報告稱，他們的成果是鋰離子電池硅基陽極開發的一個飛躍，為其他類型電池材料設計提供了新的思路。

長期以來，石墨一直是鋰離子電池的關鍵組成部分。這種碳導電且穩定，非常適合在充電時將鋰離子填充到電池的陽極中。但隨著對更高能量密度電池的需求不斷增加，石墨基電極也需要升級，而硅被認為是一種很好的升級版材料。與石墨相比，硅可以吸收更多的鋰，但問題是，硅在遇到鋰時會大幅膨脹，可能會導致鋰電池陽極破裂粉化。

為了克服硅基陽極粉化這一難題，西北太平洋實驗室研究人員設計了一種新穎的納米結構。他們將細小的硅顆粒聚集到直徑約8微米的微球中，形成一種相當于紅細胞大小的分層多孔硅結構。這種結構就像海綿一樣，內部有空間來吸收膨脹壓力。研究表明，這種分層多孔結構具有出色的電化學性能、機械強度和結構完整性，可用于高性能鋰離子電池陽極，其可容納的電荷也是典型石墨基陽極的兩倍。

研究人員表示，他們設計的納米結構不僅可以滿足硅基陽極各方面的性能要求，也適用于包括壓延在內的標準工業加工程序，可以為其他類型電池材料設計提供新的思路。下一步，他們將努力開發更具擴展性和經濟性的硅微球制造方法，以便進行商業化應用，最終幫助提高電動汽車、電子設備和其他設備中鋰離子電池的性能。

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