由Rice工程师Sibani Lisa Biswal和研究科学家Madhuri Thakur领导的团队在Nature的开放获取期刊“科学报告”中报道了关于创建硅基阳极(电池负极)的报告,该阳极可在1,000毫安时轻松实现600次充放电循环小时/克(mAh / g)。这是对当前石墨阳极的350mAh 广东11选5推荐平台注册/ g容量的显着改进。

    这恰好使其成为下一代电池技术领域的竞争对手,以降低成本并扩大电动汽车的使用范围。

    赖斯通过长期运行的洛克希德·马丁高级纳米技术卓越中心(LANCER)开展的新工作是合作伙伴四年前开始研究电池以来的下一个也是最重要的合理步骤。

    “我们之前曾报道过制造多孔硅薄膜,”化学和生物分子工程助理教授Biswal说。“我们一直在寻求从胶片几何学转向可以轻松转移到当前电池制造过程中的东西。Madhuri粉碎多孔硅膜,形成多孔硅微粒,这种粉末很容易被电池制造商采用。“

    硅可以比目前阳极中常用的石墨多10倍的锂离子。但是存在一个问题:当完全锂化时,硅的体积增加了三倍以上。重复时,这种膨胀和收缩会导致硅迅速分解。

    许多研究人员一广东11选5推荐平台注册直在研究使硅更适合电池使用的策略。赖斯和其他地方的科学家已经创造出具有高表面积与体积比的纳米结构硅,这使得硅能够适应更大的体积膨胀。Biswal,主要作者Thakur和共同作者,化学和生物分子工程和化学教授Michael Wong尝试了相反的方法; 他们将毛孔蚀刻成硅晶片,使材料空间扩大。到今年早些时候,他们已经开始广东11选5推荐平台注册制造出更具有希望的海绵状硅薄膜。

    Thakur说,即使这些电影也给制造商带来了问题。“它们不容易处理,难以扩大规模。”但是,通过将海绵粉碎成多孔颗粒,材料可以获得更多的表面积来吸收锂离子。

    Biswal举起两个小瓶,一个装有50毫克碎硅,另一个装有50毫克多孔硅粉。他们之间的区别是显而易见的。“我广东11选5推荐平台注册们的材料表面积为每平方米46平方米,”她说。“碎硅每克0.71平方米。因此,我们的颗粒具有超过50倍的表面积,这为我们提供了更大的锂化表面积,并有足够的空隙空间来容纳膨胀。“多孔硅粉末与粘合剂,热解聚丙烯腈(PAN)混合,提供导电和结构支撑。

    “作为粉末,它们可用于工业的大规模卷对卷加工,”Thakur说。“这种材料非常易于合成,具有成本效益,并且能够在大量循环中提供高能量容量。”

    “这项工作显示了能够控制内部孔隙和硅颗粒外部尺寸的重要性和实用性,”Wong说。

    在最近的实验中,Thakur设计了一种带有锂金属作为对电极的半电池,并将阳极的容量固定为1,000 mAh / g。这只是其理论容量的三分之一,但比现有电池好三倍。阳极以C / 2速率持续600次充电 - 放电循环(充电两小时,放电两小时)。另一个阳极继续以C / 5速率循环(5小时充电和5小时放电),并且预计在超过700次循环时保持在1,000mAh / g。

    “通过开发这种廉价的硅阳极材料制造技术,莱斯大学与洛克希德马丁公司任务系统和传感器之间的成功努力将为电池技术带来重大改进,”与LANCER合作的广东11选5推荐平台注册洛克希德马丁研究员Steven Sinsabaugh表示。该论文的共同作者以及洛克希德马丁研究员马克艾??萨克森。“我们对这一突破感到非常兴奋,并期待将这项技术转变为商业市场。”

    “下一步将是测试这种多孔硅粉作为完整电池的阳极,”Biswal说。“我们用氧化钴作为阴极的初步结果似乎非常有希望,并且我们想研究广东11选5推荐平台注册 新的阴极材料。”