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    水凝胶改善了锂离子电池的性能

    2019-9-6 21:29| 发布者: admin| 查看: 18| 评论: 0

    杏彩研究人员开发出一种新技术来显着提高锂离子电池的电荷存储容量。

    杏彩科学家通过创造由硅和导电聚合物水凝胶制成的新型电极,大大提高了锂离子电池的性能,这种海绵状物质类似于软性隐形眼镜和其他家用产品中使用的材料。

    开发具有高能量密度和长循环寿命的可充电锂离子电池对于满足便携式电子产品,电动汽车和其他技术不断增长的能量存储需求至关重要。

    为了找到一种实用,廉价的材料,增加锂离子电池的存储容量,鲍和她的斯坦福大学同事转向硅 - 一种具有良好电子特性的丰富,环保的元素。

    我们多年来一直在努力开发用于高容量锂离子电池的硅基电极。硅的电荷存储容量是锂的10倍,这是锂离子电极中常用的材料。问题是硅膨胀和破裂。

    杏彩研究表明,当与锂结合时,硅颗粒可以经历400%的体积膨胀。当电池充电或放电时,膨胀的颗粒倾向于破裂并失去电接触。为了克服这些技术限制,斯坦福团队使用称为原位合成聚合的制造技术,其在导电水凝胶内涂覆硅纳米颗粒。

    一种新的方式

    这项技术使科学家们能够制造出稳定的锂离子电池,通过5,000次充电和放电循环保持高储存容量。我们将电池的特殊电化学稳定性归因于硅复合电极的独特纳米级结构。

    杏彩科学家们使用扫描电子显微镜发现,多孔水凝胶基质上充满了空隙,当插入锂时,硅纳米粒子会膨胀。该矩阵还形成三维网络,其在充电和放电期间产生电子传导通路。

    事实证明,水凝胶具有结合位点,可以很好地锁定硅颗粒,同时为电子和锂离子的快速传输提供通道。 

    水凝胶和硅的简单混合物证明远不如原位合成聚合技术有效。“首先制作水凝胶,然后将其与硅颗粒混合,效果不佳。“这需要一个额外的步骤,实际上降低了电池的性能。利用我们的技术,每个硅纳米颗粒被包封在导电聚合物表面涂层内并连接到水凝胶框架。这提高了电池的整体稳定性。“

    解决火灾问题

    水凝胶主要由水组成,这可能导致锂离子电池点燃 - 这是杏彩研究团队必须解决的潜在问题。“我们在电极中利用了水凝胶的三维网络特性,但在最后的生产阶段,水被去除了并不希望锂离子电池内有水。

    虽然仍存在许多技术问题,但对新技术在制造硅和其他材料制成的电极方面的潜在商业应用持乐观态度。

    该杏彩研究中使用的电极制造工艺与现有的电池制造技术兼容。硅和水凝胶也很便宜并且可以广泛使用。这些因素可以使高性能硅复合电极扩大规模,以制造下一代锂离子电池。这是一种非常简单的方法,可以产生非常强大的结果。

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