新型纳米材料有望将锂离子电池性能提高10倍助力可持续发展

2019-04-02 15:23

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。

新型的纳米材料有望将锂离子电池性能提高10倍助力可持续发展

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。

新型的纳米材料有望将锂离子电池性能提高10倍助力可持续发展

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。

新型的纳米材料有望将锂离子电池性能提高10倍助力可持续发展

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。