石墨，和铅笔笔尖相同的资料，长期以来一直是锂离子电池的重要组成部分。可是，跟着咱们对电池要求的进步，石墨基电池已无法满意咱们关于电池功能的要求。因而研讨人员将目光转向了数字革新的中心资料——硅。
美国太平洋西北国家实验室（PNNL ）的研讨人员提出了一种新颖办法来运用这种有运用潜力可是现在仍问题的储能资料。硅被用于电脑芯片和许多其他产品，因具有十倍于石墨负极的储锂容量，被认为是下一代锂离子电池的抱负负极。可是，硅负极在锂化/去锂化过程中触及巨大的体积改变，导致其循环安稳性较差，而且太弱而无法接受电极制作的压力，约束了硅基负极的实践运用。
为了处理这样一些问题，PNNL研讨人员Jiguang Zhang（Jason）和 Xiaolin Li带领的团队开发了一种共同的纳米结构，该结构运用碳资料在约束硅胀大的一起还强化了硅。该研讨成果宣布在《Nature Communications》上，为其他类型的电池供给了新的规划思路，并终究协助进步电动汽车、电子设备和其他设备中锂离子电池的能量容量。
消除硅的坏处
作为一种导电且安稳的碳，石墨很适合在电池充电时将锂离子打包到电池的阳极中。硅比石墨能吸收更多的锂，但它的体积会胀大300%，导致阳极决裂。研讨人员经过将小硅颗粒聚集成直径约8微米的微球——大约一个红细胞的巨细——来制作出多孔的硅。
石墨是碳的一种导电且安稳的方式，很适合在充电时将锂离子填充到电池的负极中。硅可以比石墨吸收更多的锂，但它的体积往往会胀大300%，导致负极决裂。研讨人员经过将小硅颗粒聚集成直径约8微米的微球——大约一个红细胞的巨细——来制作出多孔方式的硅。
PNNL的Jason Zhang在高档电池设备中
来历：PNNL
Zhang说：“例如，像石头这样的固体资料，假如体积胀大太大，就会决裂。” “咱们发明的东西更像海绵，内部有空间吸收胀大。”
研讨发现，具有多孔硅结构的电极的厚度改变小于20％，一起包容的电荷是典型石墨负极的两倍。可是，与曾经版别的多孔硅不同，由于碳纳米管使微球类似于纱线球，因而微球也显示出特殊的机械强度。
超强微球
研讨人员分几个过程制备了这种结构：首先在碳纳米管上涂上氧化硅。接下来，将纳米管放入油和水的乳液中。然后将它们加热至欢腾。
Li 说：“当水蒸腾时，涂覆的碳纳米管会凝结成球形。” “然后，咱们运用铝和更高的热量将氧化硅转化为硅，然后浸入水和酸中以去除副产物。”从这样的一个过程中发生的是一种由碳纳米管外表的硅微粒组成的粉末。
运用原子力显微镜探针测试了多孔硅球的强度。作者发现，其间一个纳米纱线球“在十分高的压缩力下可能会发生细微的屈从，并失掉一些孔隙，但它不会决裂。”
这预示着商业化的开展，由于负极资料必须在制作过程中可以接受辊子的高压缩。Zhang 说，下一步是开宣布更具可扩展性和经济性的制作硅微球的办法，以便它们有一天可以运用到下一代高功能锂离子电池中。
来历：Pacific Northwest National Laboratory
作者：Christina Nunez
编译：Carbontech
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