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新型紙狀鋰離子材料助力電動車電池發展

新型紙狀鋰離子材料助力電動車電池發展

據國外科技媒體本周報道,加州大學河濱分校伯恩斯工程學院開發了一種可用於鋰離子電池的新型紙狀材料,它可以成倍地提高電池單位重量可傳輸的能量。這種紙狀材料是由厚度還不及人類頭發百分之一的海綿狀矽納米纖維材料製成的,它能被用於電動汽車的電池和個人電子設備中。

納米纖維是通過一種靜電紡絲的技術製備的,即在旋轉鼓和噴嘴之間施加20000至40000伏的電壓,由此會發射原矽酸四乙酯(TEOS)組成的溶液,這種溶液是一種經常在半導體工業中使用的化學化合物。然後納米纖維暴露於鎂蒸氣,以產生海綿狀矽纖維結構。

常規生產的鋰離子電池的陽極是用塗覆有石墨混合物、導電添加劑和聚合物粘合劑的銅箔製成的。但是,由於石墨的性能已經被發掘出來,研究人員正在實驗其他的材料,例如矽材料。矽具有的特定容量或每單位重量電池具有的電荷量比石墨高出近10倍。

但是矽有明顯的體積膨脹,這會導致電池迅速衰減。這種矽納米纖維結構規避了這個問題,並且對電池進行循環數百次後並沒有顯著衰減。

“當換到能量密度大的物質時可以省去金屬集電體和非活性聚合物粘結劑,例如矽可以顯著提高電動車的儲存電荷範圍。”Favors說。

這項技術還解決了困擾獨立式電極多年的一個問題:可擴展性。使用化學氣相沉積生長的獨立式材料,例如碳納米管或矽納米線,其規模隻能在非常小的量級(微克)來製造。然而,Favors可以在實驗室裏一次生產成克的矽納米纖維。

研究人員未來的工作主要涉及製作矽納米纖維製成的袋狀單元格的鋰離子電池,這是一種可以用於電動汽車以及電子設備的大型電池。

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