新型鋰電池陽極材料可以使充電在幾分鐘內完成

摘要：加州大學河濱分校的一組研究人員開發出了一種新架構的硅陽極，使用在鋰電池中可以使充電過程快16倍。新的設計構建于3D結構的錐形碳納米管材料之上。可以使電池比原來輕40%，卻能攜帶比原來多60%的電量，將使充電速度快16倍左右。

由于鋰電池被廣泛使用，人們也對之進行大量的研究改善它們的性能。尋找完美的電極材料的研究從未停止過。在商用范疇目前的陽極多由石墨碳制成，每克能攜帶370mAh電量(370mAh/g比容量)。而倘若用碳納米管制成陽極，可以使性能翻三倍左右，達到1000mAh/g比容量。而更進一步研究發現，硅是更好的電池陽極材料。因為它具備4200mAh/g比容量。相比目前商用的電池，供應了10倍以上的性能。而筆直使用硅陽極并不能在現有的鋰電池結構內正常工作。由于硅和鋰會在電池內部發生反應，它會膨脹到4倍正常的大小。

今朝，加州大學河濱分校的研究人員已經開發出一種新的架構來將硅使用在鋰電池的陽極上。不僅能夠使單位重量材料攜帶更多電量，同時能讓充電速度快16倍左右。研究人員首先構建了一層石墨烯薄片，并在此基礎上使用柱狀碳納米管構建了柱狀的納米結構。最后他們使用溫柔的電感耦合等離子體使之柱狀納米管變成錐形結構，最后他們將非晶硅沉積在上面。

使用這種結構的陽極的鋰電池在快速充放電循環中也表現出了極高的穩定性，陽極能達到1954mAh/g(是傳統陽極的五倍性能)。在230次充放電循環后仍保留有1200mAh/g的比容量。這種電池技術倘若能夠批量加工，相信對智能手機和電動車行業的影響都十分巨大。

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