受石榴啟發(fā)，美國科學家開發(fā)出一種硅納米顆粒和碳制成的新型電極，成功破解了此前鋰離子電池中的硅電極容易破裂的難題。相關研究發(fā)表在2月17日出版的《自然˙納米技術》雜志上。


　　電極是電池的關鍵部件，有陽極和陰極之分。此前就有研究表明，硅陽極具有極好的性能，用其制成的鋰離子電池能比目前廣泛使用的石墨陽極多存儲10倍以上的電能。但其最大的缺點是不可持續(xù)性：這種電極在充電過程中極易發(fā)生膨脹甚至破裂，硅在脫落后還會與電池中的電解質發(fā)生化學反應形成一種泥狀物質，降低電池性能和使用壽命。

　　新研究中，美國斯坦福大學和美國能源部下屬SLAC國家加速器實驗室副教授崔毅（音譯）和他的研究小組，利用硅納米線和納米顆粒成功解決了這個問題。通過一種在石油、油漆以及化妝品生產中常用的微乳液技術，研究人員把硅納米顆粒像石榴子一樣用碳包裹了起來，不但為每個硅納米顆粒穿上了一件“碳衣”，還為每一組硅納米顆粒蓋上了一層“碳被”。

　　物理學家組織網17日的報道稱，硅納米粒子的使用，縮小了硅的體積，降低了發(fā)生破裂的概率；“碳衣”和“碳被”不但大幅減少了硅暴露在電解質中的面積，還為電流的傳導提供了一條堅固的高速公路。此外，考慮到充電時硅納米顆粒會發(fā)生膨脹，研究人員還在“碳衣”“碳被”里為它們留下了富余的空間。通過精確控制生產過程，他們已經能夠為所需要的電極生產出特定大小的硅納米顆粒。

　　這些具有石榴結構的硅納米顆粒肉眼看上去就像一堆黑色粉末。用其制造電極時只需在外面包裹上一層金屬箔片即可。

　　實驗測試顯示，這種石榴結構的陽極具有優(yōu)良的性能，用它制造的電池在完成1000次充放電后還有97%的電量，完全能夠滿足實用要求。

　　崔毅說，為了使這項技術能夠更快商業(yè)化，還需要解決兩個問題：一是簡化制造流程，二是找到更便宜的硅納米顆粒來源。目前他們發(fā)現(xiàn)稻殼或許會成為一個很好的原材料。這種農作物副產品來源穩(wěn)定，產量極高，按重量計算，20%能被制成二氧化硅。而二氧化硅可以非常容易的被轉化為制造電極所需的純硅納米顆粒。