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應用于鋰離子電池的新型高功率石墨硅復合電極
來源:國際能源網 日期:2011-11-14 作者:全球電池網 點擊:

圖1.   復合電極用Si團簇和平面缺陷夾雜著

美國西北大學的研究人員于2011年11月12日宣布,開發出一種可應用于鋰離子電池的新型高功率硅石墨復合陽極材料,該成果已在《先進能源材料雜志(journal Advanced Energy Materials)》上發表。
釆用現有的技術,鋰離子電池的能力受限于兩方面:能源的能力受限于電荷密度,并且電荷速率受限于速度,其中鋰離子使其成為從電解液進入陽極的方式。

西北大學的研究團隊結合了兩種技術來對付這兩個問題。第一,使硅穩定,以保持充電容量最大化,他們使石墨薄片之間夾著硅集群(團簇)。這就允許鋰離子在電極上有較多的數量,同時利用石墨薄片的柔性,以適應在使用過程中硅的體積變化。

該團隊還將化學氧化過程使用于石墨薄片上,即“在平面缺陷”上,創建微小的孔(10-20納米),使鋰離子有“捷徑”進入陽極(見圖1)。這使電池充電所需的時間減少了高達10倍。

在石墨薄片上引入高密度、平面的、納米尺寸的碳空缺,大大提高了在硅石墨復合材料上沿著薄片的離子擴散。這種柔性的、自我支撐的三維石墨構架納入了硅納米粒子,表現出優良的速率性能和對結構變形的耐受性,它體現了可有吸引力的高功率、高容量的陽極材料可應用于鋰離子電池。

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