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新型石墨烯硅基锂离子电池诞生:高能量长寿命!

导读: 近日,加拿大滑铁卢大学应用纳米材料与清洁能源实验室陈忠伟教授课题组成功研制出新型石墨烯硅基锂离子电池,此创新型技术将目前商业化锂离子电池的比能量密度提高了40%-60%,循环寿命延长到2000次以上,这极大的推动了高能量长寿命锂离子电池的发展进程。

  近日,加拿大滑铁卢大学应用纳米材料与清洁能源实验室陈忠伟教授课题组成功研制出新型石墨烯硅基锂离子电池,此创新型技术将目前商业化锂离子电池的比能量密度提高了40%-60%,循环寿命延长到2000次以上,这极大的推动了高能量长寿命锂离子电池的发展进程,促进了相关电子以及储能领域产业链的加速成长,相关技术成果已发表在最新的Nature Communications杂志上。

  随着社会和科技的进步,绿色能源的开发利用以及电子产业的不断升级更新,人类对电能储存技术的需求也日益增加,锂离子电池正处于这个新科技时代的风口浪尖,近几十年来备受国内外研究者的关注。

  目前商业化锂离子电池所用的负极活性材料均为石墨,它的实际发挥比容量约为360mAh/g,这极大的限制了整体电池的能量密度。而硅材料,由于其4200mAh/g的理论比容量,是石墨的10倍以上,这吸引了全球众多课题组的投入研究。

  多年以前,滑铁卢大学的研究人员开始利用硅作为电池负极时,同其他研究组一样,遇到了全球性技术难题,即,硅材料在电池充放电过程中,由于相变所造成的体积收缩膨胀率高达300%,这一变化使得电极活性层形成众多断裂缝隙,电池性能迅速衰退,以致最终使电池失效。

  为了攻克这一技术难题,陈忠伟教授的研究团队联合通用汽车全球研发中心(General Motors Global Research and Development Centre),共同开发了石墨烯硅材料电极的热处理技术,这一技术使硅的体积变化固定在特定的预设区域,解决了电极活性层的断裂问题,保证了硅材料电化学性能的正常发挥,并将其循环寿命提高到2000次以上。而更为可喜的是,此热处理技术简单而且容易操作,有利于进一步工业化的实现。

  正如陈忠伟教授所言,“简单易行的热处理技术,创造出了具有独特结构的硅电极,使得这一高比能量电池的循环次数延长到2000次以上”。此技术的诞生意味着锂离子电池在便携式电子产品,可穿戴型电子设备以及电动汽车等领域的电池小型化、轻型化应用将迎来一次技术性革命。

  目前此技术已经完成初步小试阶段,据陈忠伟保守预计,这一新型石墨烯硅基锂离子电池将于明年面世进入市场。陈忠伟教授将协同WATTECH POWER INC.(滑铁卢大学科技公司)CEO Allen Sun 先生在第3届锂电“沃达斯”论坛上展示此项最新技术。

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