无极3测速像石榴籽一样聚集的硅纳米颗粒解决了

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像石榴籽一样聚集的硅纳米颗粒解决了锂离子电池的问题

一种新颖的电池电极,其特征是硅纳米颗粒像石榴籽一样聚集在坚硬的碳皮中

(greg stewart / slac的插图)

slac国家加速器实验室的研究人员使用微乳化技术开发了一种新的锂离子电池设计,该设计使用了像石榴籽一样聚集的硅纳米颗粒

斯坦福大学和能源部slac的发明者说,一种设计成石榴状的电极,其硅纳米颗粒像种子一样聚集在坚硬的碳皮中,克服了将硅用于新一代锂离子电池的几个障碍

国家加速器实验室

负责这项研究的斯坦福大学和slac副教授yi cui表示,尽管仍然存在一些挑战,但这种设计使我们更接近在更小,更轻,更强大的电池中使用硅阳极来生产手机,平板电脑和电动汽车等产品

,今天发表在《自然纳米技术》上

实验表明,即使经过1000次充电和放电循环,我们石榴制阳极也能以97%的容量运行,这使其完全处于商业运行所需的范围内

上图:硅纳米粒子被包裹在蛋黄壳中,并像石榴籽一样聚集

每个簇都有一个碳皮,可将其固定在一起,导电并最大程度地减少与电池电解质的反应,从而降低性能

底部:硅纳米颗粒在电池充电期间膨胀,以完全充满其卵黄壳;不会浪费任何空间,并且外壳保持完整

(刘念,吕振达和崔翠/ stanford)

阳极或负极是电池充电时存储能量的地方

在当今的可充电锂离子电池中,硅阳极可存储的电荷是石墨阳极的10倍,但它们也具有主要缺点:脆性硅在电池充电过程中会膨胀并散落,并且会与电池电解质发生反应,形成覆盖的漆皮阳极并降低其性能

在过去的八年中,cuis团队通过使用太小的硅纳米线或纳米颗粒无法破碎成更小的碎片并将纳米颗粒包裹在碳黄壳中为它们提供了在充电过程中膨胀和收缩的空间,从而解决了无极3官网断裂问题

这项新研究以这项工作为基础

研究生nian liu和博士后研究员luzhenda lu使用石油,油漆和化妆品行业中常用的微乳液技术将卵黄壳聚集成簇,并在每个簇上覆盖第二个较厚的碳层

这些碳皮将石榴簇聚集在一起,并为电流提供了坚固的高速公路

而且,由于每个石榴簇的内部表面积仅为单个颗粒表面积的十分之一,因此电解液中暴露的面积要小得多,从而将形成的团块数量减少到可管理的水平

通过精确控制制造它们的过程,斯坦福大学和slac研究人员可以为硅电池阳极生产特定尺寸的石榴簇

左:微观团簇形成黑色细粉,可以将其涂在箔上以制成阳极

中:单个集群

右图:在该簇的特写中,可以在其蛋黄壳内部看到硅纳米颗粒,并且在电池充电期间有膨胀的空间

(刘念,吕振达和崔翠/ stanford)

尽管这些簇太小而无法单独看到,但它们一起形成了细小的黑色粉末,可用于覆盖一片箔并形成阳极

实验室测试表明,石榴阳极在制成商用电池性能所需的厚度时效果很好

崔说,尽管这些实验证明了该技术的有效性,但该团队将不得不解决另外两个问题,以使其在商业规模上可行:他们需要简化工艺过程,并找到更便宜的硅纳米粒子来源

一种可能的来源是稻壳:稻壳不适合人类食用,由数百万吨和20%的二氧化硅制成

liu表示,正如他的团队最近在《科学报告》中描述的那样,它们可以相对容易地转变为纯硅纳米颗粒

崔说,令我感到非常兴奋的是,过无极3测速去七八年来我们取得了很大进展,以及我们如何一一解决了这些问题

研究团队还包括斯坦福大学的赵杰,马修·麦克道威尔,李贤旭和赵文婷

cui是slac / stanford联合研究所的斯坦福大学材料与能源科学研究所的成员

该研究由美国能源部能源效率和可再生能源办公室资助

slac是一个多计划实验室,致力于探索光子科学,天体物理学,粒子物理学和加速器研究中的前沿问题

slac位于加利福尼亚州的门洛帕克(menlo park),由斯坦福大学(stanford university)负责美国能源部科学办公室

出版:刘念等,“石榴启发的用于大容量变化锂电池阳极的纳米级设计”,《自然纳米技术》,2014年;doi:10.1038 / nnano.2014.6

无极3测速综合报道

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