研究人员创造了高密度、自我修复的硅电池，没有硅的脆弱性

作者：Jean-Jacques DeLisle，特约撰稿人

毫不奇怪，下一代电动便携式设备、车辆和关键电池存储系统将需要对当前的锂离子电池技术进行重大升级。尽管当今的锂技术提供了高输出功率和良好的功率密度，但电池在使用过程中承受的压力会导致损坏，随着时间的推移容量会降低，并且偶尔会导致致命的故障，最终导致火灾。

伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校 (UIUC) 的研究人员正在探索一种包含这些破坏性材料趋势的研究途径，并正在利用硅基阳极和自愈纳米颗粒复合粘合剂将硅阳极的优势带入电池，而无需硅的脆弱性的缺点。

“硅是一种非常有趣的材料，”该项目的首席研究员、UIUC 材料科学与工程教授 Nancy Sottos 分享道。“它也非常丰富，相对便宜，对环境无害，而且硅可以储存更多的锂，因此你可以获得非常高的硅理论容量。”

材料科学与工程教授 Nancy Sottos（右）和 UIUC 航空航天工程教授 Scott White（左）领导了一个研究小组，研究开发具有硅基阳极的自愈电池的方法。（L. Brian Stauffer/伊利诺伊大学）

在目前的锂离子电池中，阳极是由石墨构成的，它比硅能容纳更少的电子。然而，在充放电循环期间，石墨仅膨胀约 6%，而硅膨胀高达 400%，这会导致开裂和逐渐失效。一种稍微成功的缓解这种劣化的技术是在胶接复合阳极中使用硅片，尽管之前的研究中的胶合尝试只是导致胶变弱和硅片分离。UIUC 的研究人员发现，引入纳米颗粒复合材料作为粘合剂可能无法解决分离过程，但这些材料可以在剥离后建立粘合——最终自我修复。

“当它充电时，如果 [键] 拉开并脱键——这通常会导致电气连接丢失——基本上，这些键会重新形成，使接口再次响起，”Sottos 详细说。“你将继续拥有高性能的电极。”

UIUC 研究小组在 Advanced Energy Materials 杂志上发表了这项研究，他们分享了他们的发现，即这种新技术可以在 400 个充电周期内保持 80% 的起始容量。与锂离子技术相比，这在 400 次循环后容量增加了近 400%。

幸运或不幸的是，UIUC储能研究团队在储能领域面临着广泛的研究和产业竞争。其他储能技术有许多研究领域，例如燃料电池和超级电容器，并且许多团体研究技术以增强多产的锂离子电池。

“电池领域的早期创新研究供过于求，”Energy Foundry 的董事总经理 Sara Chamberlain 分享道，该公司为芝加哥的早期能源初创公司提供了大约 2500 万美元的常青风险基金。“而且投资资金短缺。”

由于缺乏资金，目前这导致许多有前途的技术被提出。尽管如此，更好的储能技术的未来看起来确实是光明的，因为电池的竞争格局可能会产生更高容量、更可靠和更安全的电池，为我们的生活提供动力。

资料来源：芝加哥论坛报、中西部能源新闻

审核编辑 黄昊宇