阿爾伯塔大學欲利用納米硅材料打造新款鋰離子電池 充電容量可翻10倍

據外媒報道，阿爾伯塔大學化學家旨在創建新一代的硅基鋰離子電池，相較于當前電池電芯產品，其充電容量翻了10倍。據當前的研究聲明，若將硅制成納米級顆粒、線狀或管狀物，有助于戒備其碎裂。Buriak及其團隊想要知道，這類結構的體積需要達到何種程度才能實現硅材料性質的最優化并盡可能降低其不利影響。研究人員將硅納米顆粒物分為四種不同的尺寸，將其平均地分散在高導電性石墨烯氣溶膠，后者帶有納米級孔隙，該結構可彌補硅導電性的不足。該研究聲明，該技術可用于各類依靠于電池儲能設備的各類使用中。詳見正文。

據外媒報道，阿爾伯塔大學（UniversityofAlberta）化學家旨在創建新一代的硅基鋰離子電池，相較于當前電池電芯產品，其充電容量（gecapacity）翻了10倍。

阿爾伯塔大學化學家兼納米能源材料加拿大研究講座教授（CanadaResearchChair）JillianBuriak表示：“我們想要開展多種探測，查看不同尺寸的硅納米顆粒對電池內部碎裂的不同影響。”

對于大容量電池而言，硅的使用潛力較大，因為該款材料的儲量豐富，相較于石墨，電池內硅材料對鋰離子的吸納量更大。但在多次充放電后，硅容易出現碎裂或斷裂，因為該材料在吸納及釋放鋰離子后，自身會膨脹和收縮，易出現裂痕。

據當前的研究聲明，若將硅制成納米級顆粒、線狀或管狀物，有助于戒備其碎裂。Buriak及其團隊想要知道，這類結構的體積需要達到何種程度才能實現硅材料性質的最優化并盡可能降低其不利影響。

研究人員將硅納米顆粒物分為四種不同的尺寸，將其平均地分散在高導電性石墨烯氣溶膠（highlyconductivegrapheneaerogels），后者帶有納米級孔隙，該結構可彌補硅導電性的不足。她們發現，在直徑1米的范圍內，存在30億個納米級顆粒，在多次充放電后，可提供長期的穩定性。

Buriak解釋道：“隨著顆粒物尺寸的縮小，我們發現對應力的管控力加強，因為可基于鋰的合金化與去合金化（alloyinganddealloying）‘呼吸（breathes）’。”

該研究聲明，該技術可用于各類依靠于電池儲能設備的各類使用中。想象下，若用戶電動車的車載電池尺寸與特斯拉電池尺寸相同，但其續航里程數或將提升10倍，其充電時間或將縮短為之前的1/10，而車載電池的重量也惟有之前的1/10。

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據外媒報道，澳大利亞先進材料技術公司塔爾加資源公司(TalgaResources)公布了其在英國研發的石墨烯硅基鋰電池負極的初步探測結果，該結構是由英國政府提供資助的“Safevolt”項目的第一個成功結果。該項目由塔爾加牽頭，與聯盟合作伙伴莊信萬豐(JohnsonMatthey)、英國劍橋大學(UniversityofCambridge)以及制造業研究小組TWI共同開展。

在該項目中，塔爾加正研發一種高能量密度的石墨烯硅電池負極產品，稱為TalnodeTM-Si，比其他商用石墨負極的能量密度分明更高。塔爾加董事總經理MarkThompson表示，TalnodeTM-Si將滿足日益增長的鋰電池的需求，該電池具有更高容量，可增加電動車的續航里程，增長便攜式電子設備的工作時間。

主要的鋰電池制造商都通過在石墨負極中增加硅含量來提高電池能量密度，但是硅的使用受到電池壽命和穩定性問題的妨礙。塔爾加的探測結果聲明使用石墨烯的TalnodeTM-Si可在硅膨脹時保持其穩定性，從而在確保電池壽命的同時實現更高的能量密度。

最近，幾家汽車制造商表示打算在下一代電池包中采用更高的能量-重量比，而電池負極材料供應鏈的其他大型集團也已經將石墨中的硅技術用于加工氧化硅基石墨。例如，大眾汽車公司估計，從2018年至2025年，其電池能量密度可增加25%，并且目標是在2020年在電池負極中采用20%的硅。

容量更高的電池可通過延長電子設備運行時間或增加電動車的續航里程而使工業受益。此外，容量更高還能降低成本，因為增加的能量密度可減少整個電池包中的每單位能量(Kw/hr)成本。增加的電池容量對客戶來說是一個非常緊要的指標，特別對于中國客戶來說，因為中國的新能源汽車的補貼與其電池能量密度相關，而且中國新能源汽車利潤豐厚。

目前，塔爾加正在英國劍橋大學的麥克斯韋爾中心(MaxwellCentre)的電池材料工廠進一步探測和優化TalnodeTM-Si，正在準備該負極的臨時樣本，以便依據保密的材料轉讓協議交付給亞洲的終端客戶。

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