研发下代电池势在必行 国外研究出新型硅基锂电池充电容量翻10倍

导读：比利时IMEC（微电子研究中心）近日展示了一种新型纳米微粒材料，这可能意味着其在可持续应用领域的突破，由于其独特的材料性能和易于制造的结合，它有希望被作为广泛的（可持续）工业应用。比如，更高效的电池，更好的催化转换器，燃料电池和氢气的生产。

据国外媒体报道称，目前没有什么比锂电池更是适合为智能手机或特斯拉提供动力的了。自1991年首次推出以来，可充电锂电池已成为日常科技设备和电动汽。车电源的通用标准。数据显示，现在世界上300多万辆电动汽车中的绝大多数都使用锂电池电池驱动。但随着世界迈向未来电力时代，我们显然需要比锂电池电池更好的技术才能满足人类未来需求。

“锂电池技术现在几乎已经达到了自己的上限。如果你真的想提高能量密度，就必须采用一种完全不同的技术。”马里兰大学材料科学与工程教授莫逸飞（Yifei Mo，音译）说。“更高的能量密度意味着更便宜、更轻的电池，且一次充电就能使用更长时间。”

幸运的是，一些电池初创企业正在努力研发更好的电池技术。他们理想中的新型电池成本更低、能源密度更高、性能更好，适用于工业、消费技术产品，以及充电速度更快、行驶距离更长的电动汽车。

纳米线材料是一种多层水平连接的纳米线的三维结构，显示出高度规则的内部间隔和尺寸。因此，它结合了高孔隙度和前所未有的表面体积比。每增加一微米厚度，可用表面积便增加26倍！想象一下：当装满一小罐苏打水的时候，它的表面积相当于一个足球场大小，但它的体积仍然有75%的空余。最重要的是，内部和外部维度几乎可以调优到任何规范，从而使其潜在地兼容许多应用程序需求。

三维印象的网格结构

许多工业过程建立在表面发生化学反应的基础上，可用的表面越多，同时发生的反应就越多，这个过程的速度或吞吐量也就越高。这种独特的材料可以通过廉价的阳极氧化和电镀工艺制造，而模具是由铝箔阳极氧化形成的，可以在其中沉积各种各样的材料。将电池电极中的锂转化为锂离子时，纳米网材料可以实现大容量、快速充电，因为它的大表面结合了高孔隙率，具有高储能材料的负载，同时它仍然作为一个纳米薄膜与集电体紧密接触。

扫描电镜图像显示出高度规则的结构

与此同时，加拿大阿尔伯塔大学近日研究出新型的硅基锂电池，将硅作为负极代替传统的石墨，与当前电池电芯产品相比，其充电容量（charge capacity）翻了10倍。这是因为与石墨相比，硅对于锂离子的吸纳量更大，但是也存在弊端，在多次充放电后，硅容易碎裂，因为其在吸收和释放锂离子后，自身会膨胀和收缩从而出现裂痕。为了提高硅的性能，通常将硅材料纳米化和复合化，如此能够防止断裂，最大限度地提高电池的稳定性和其他性能。相关人员表示，该技术如果用于电动汽车电池，其续航里程数或许能够提高10倍。

由此可见，锂离子电池的性能巅峰还在摸索之中，在各路电池争奇斗艳之际，锂离子电池唯有不断突破技术难关，才能创造神话。