科学家克服硅融入锂电池难题 可打造轻便、高容量电池

在突破电池瓶颈中科学家不断探索着各种替代材料，而硅是受到诸多科学家认可、被认为很有前途的一种材料。来自克莱姆森大学的科研团队近日提出了一种全新的设计方案，克服了将这种材料融入锂离子电池中的一些问题，从而展示出了一种轻巧的多用途设备，可以为卫星和宇航服供电。

科学家长期以来一直在研究硅在锂离子电池中的潜力，使用这种材料作为阳极组件可以将这些设备的存储容量提高10倍。但想要商用化，需要解决一些问题。

首先，硅并不具备像石墨一样的耐用性。在电池充放电时，往往会膨胀、收缩和分解成小块。这将导致阳极的恶化和电池的失效。过去几年间，科学家提出了多种潜在的解决方案，包括硅转变成海绵状的纳米纤维或微小的纳米球，然后再将它们集成到设备中。

来自来自克莱姆森大学的科研团队希望借助名为“Buckypaper”的碳纳米管薄片来加强硅的可靠性，这种碳纳米管薄片被用于开发下一代飞机的隔热罩。这些薄片与微小的、纳米级的硅颗粒配对，团队称这种排列方式很像一副牌，硅颗粒夹在每层牌之间。

该研究的第一作者Shailendra Chiluwal表示：“独立的碳纳米管片使硅纳米粒子之间保持电连接、这些纳米管形成了一个准三维结构，即使在500次循环之后，也能将硅纳米粒子保持在一起，并减轻了纳米粒子破裂所产生的电阻”。

该团队认为，这种方法的好处是，即使电池的充放电导致硅颗粒破裂，它们仍然被锁在夹层内，能够发挥其功能。这意味着从理论上来说可以让电池具备更高的容量，这意味着能量可以存储在更轻的电池中，从而降低设备的整体重量。

科学家称，作为一个额外的奖励，纳米管的使用创造了一种缓冲机制，使电池能够以当前迭代速度的四倍进行充电。这种轻质、支持快充的高容量电池可以实现多种用途，包括电动汽车、太空探索等等。

研究作者Ramakrishna Podila表示：“大多数卫星主要从太阳获得电力。但卫星必须能够为它们在地球阴影下的时候储存能量。我们必须使电池尽可能轻，因为卫星重量越大，其任务成本越高。”

该研究发表在《应用材料与界面》杂志上。