开发纳米管可以使电池寿命翻倍

十多年来，许多科学家的梦想一直是开发一种改进锂离子电池的方法，从而延长其寿命。

用硅代替端子中的石墨零件可以储存多达10倍的电荷，从而延长使用寿命。然而，经过一个充放电周期后，硅会破裂和解体，使电池无用。

现在，由材料科学家崔屹领导的斯坦福大学和斯坦福国家加速器实验室(SLAC)的科学家团队开发出了一种解决方案：一种双壁纳米结构，在解体前持续了6000多次循环。

锂离子电池被用来为从电子汽车到家用电子产品的所有东西供电，因为它们在一个小包装中包含相对高的功率。该系统通过一种控制机制工作，该机制限制锂离子在两个终端(称为阳极和阴极)之间流动的液体电解质的量。

阳极由石墨制成，用来储存电荷。然而，石墨只能容纳六分之一附着在锂离子上的碳原子——导致能量释放效率低下。相比之下，硅允许四个锂离子与一个硅原子结合，能量增加了10倍。

问题是这种反应也会导致锂的膨胀和收缩，导致电池的快速损坏。

为了防止这种情况发生，科学家团队设计了双壁硅纳米管，并在它们上面涂上氧化硅。最新的原型是五年实验的结果。氧化硅坚韧的陶瓷特性阻止了锂的膨胀，减少了化学反应造成的损害。

测试表明，通过将硅保留在中空纳米管中，电池能够在85%的容量下存活，超过6000次充放电循环。

崔说。

这是一个非常令人兴奋的发展，我们的目标是创造比现在更小、更轻、更耐用的电池。

该研究成果于3月25日发表在《自然纳米技术》(Nature nanotamics)上，题目为“固体电解质相间控制双壁硅纳米管电池阳极稳定循环”。

崔说，未来的研究将集中在简化双壁硅纳米管的生产。斯坦福向一家由研究人员自己出资的公司授予了一项设计专利，该公司名为Amprius。短期目标是将锂离子电池的容量增加一倍，长期目标是将能量容量增加五倍。

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