科學家利用“微孔” 提升鋰電池“實力”

近幾年，電腦、手機的技術進步不小，但不斷增大的屏幕和眼花繚亂的軟件讓其電池壽命越來越短，不管像素多高、運行多快的手機，唯一令人不滿意的就是電池。不過，美國西北大學的一個科研小組日前宣稱，他們通過技術可以提高鋰電池的性能，不僅充電速度變快，電池維持時間也變長，而且電力更足。

據悉，該小組在關注能源相關材料的國際期刊《先進能源材料》上，發表了名為《平面空穴制成高功率硅-石墨烯復合電極用于鋰電池》(In-PlaneVacancy-EnabledHigh-PowerSi-GrapheneCompositeElectrodeforLithium-IonBatteries)的論文。

該小組自信地表示，利用該技術為手機、電腦等電池充電，充電速度比目前其它電池要快10倍，僅需要15分鐘，但電量可以繼續使用一周左右。即使經過150次充電，或者使用時間超過1年甚至更長，電池效率依然比當今市場上的鋰電池高5倍。該小組負責人、西北大學麥考密克工程和使用科學學院教授哈羅德博士稱。

哈羅德表示，鋰離子的密度和活動是這一技術的關鍵，而我們找到了一種可以容納更多離子并加快它們活動的辦法，以此來改變電池的整體效率。

事實上，鋰電池充電主要是在電池兩端間傳送，也就是在正極和負極間傳送。目前的鋰離子電池中，正極制備主要采用多層碳基石墨烯薄片，每6個碳原子只能容納1個鋰原子。由此，小組嘗試利用硅取代碳，因為每1個硅原子可容納4個鋰原子，但在充電過程中，硅膨脹和收縮很劇烈，會導致破碎，迅速喪失充電容量。

為了穩定硅，研究小組把成簇的硅夾在柔性石墨烯薄片之間，這間接使更多數量的鋰原子停留在電極上，然后利用柔性石墨烯薄片的特點適應充電過程中硅的體積變化。即使最后硅簇破碎，這些柔性石墨烯薄片也大大降低了硅膨脹和收縮造成的容量損失。

此外，充電電流速度是掌控電池充電時間的主因。但由于石墨烯薄片非常薄，鋰離子從正極移動到負極的過程中較為擁擠，速度受限，充電時間自然很長。對此，研究小組利用化學氧化過程，在石墨烯薄片上戳出成千上萬個1020納米的微孔，讓鋰離子可以抄近路迅速到達負極，這樣充電的時間就大幅縮短了。

哈羅德估計，該技術為將來鋰離子電池的發展拓寬了道路，小到手機，大到電動車都可以使用這一技術。我確信，將來35年內這一技術會出今朝市面上。哈羅德表示。

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