像石榴种子一样聚集硅纳米颗粒,解决锂离子电池的问题

石榴设计解决问题的锂离子电池

一种新颖的电池电极设有簇生状在一个艰难的碳果皮石榴籽硅纳米颗粒。(由Greg斯图尔特/ SLAC插图)

使用微乳液技术,研究人员在SLAC国家加速器实验室已经开发出了使用聚簇状石榴籽硅纳米粒子新的锂离子电池的设计。

加州门洛帕克 - 电极设计像一个石榴 - 与集群就像一个艰难的碳果皮的种子硅纳米颗粒 - 克服几个剩余的障碍,以使用硅为新一代的锂离子电池,说其在斯坦福大学和系发明家of Energy’s SLAC National Accelerator Laboratory.

“虽然一对夫妇的挑战依然存在,这样的设计使我们更接近的产品如手机,平板电脑和电动车更小,更轻和更强大的电池使用硅阳极,”崔毅,斯坦福大学和斯坦福线性加速器中心的副教授谁领导说:研究,今天在自然纳米技术报告

“实验表明我们的石榴启发阳极在97%的容量即使在充电和放电,这使得很好用于商业操作所需的范围内1,000次循环进行操作。”

硅纳米颗粒的新一代ØfLithium离子电池

上图:硅纳米颗粒封装在碳“黄弹”,并簇生状的石榴籽。每个集群具有保持它在一起的碳外皮,与电池的电解质,可以降低性能的导电性能和最小化反应。下图:电池中的硅纳米颗粒膨胀充电完全填补他们的蛋黄壳;没有空间浪费,以及贝壳保持不变。(廿六,针打路和崔毅/斯坦福大学)

阳极或负电极,是其中能量被储存,当电池充电。Silicon anodes could store 10 times more charge than the graphite anodes in today’s rechargeable lithium-ion batteries, but they also have major drawbacks: The brittle silicon swells and falls apart during battery charging, and it reacts with the battery’s electrolyte to form gunk that coats the anode and degrades its performance.

在过去的八年中,崔的团队已经利用硅纳米线或太小打破成更小的位纳米颗粒和碳“黄弹”,让他们的房间膨胀和充电过程中收缩包裹纳米粒子解决的破损问题。

这项新的研究基础上的工作。研究生廿六和博士后针打路中使用的微滴乳状液技术常见于油,涂料和化妆品工业收集硅蛋黄弹入簇,涂覆有第二每个簇中,碳的较厚的层。这些碳外皮保持石榴簇在一起,并用于电电流提供一个坚固的公路。

并且由于每个簇石榴刚十分之一里面的单个颗粒的表面区域中,一个更小的区域暴露于电解液中,从而减少了泥状物质的该量的形式来管理的水平。

SLAC的研究人员设计硅电池阳极

通过精确地控制用于制造它们的过程中,斯坦福和SLAC研究人员可以产生特定大小的硅电池阳极的石榴簇。左:微观簇形成可被涂覆在箔创建阳极的细黑粉。中东:单个集群。右图:在该特写集群的,硅纳米颗粒可以看出其蛋黄壳内部,空间在电池充电期间膨胀。(廿六,针打路和崔毅/斯坦福大学)

尽管簇是太小,看个别地,它们一起形成了可用于涂覆箔片上,形成阳极的细黑粉。实验室测试显示,商业电池性能所需的厚度做时石榴阳极运作良好。

虽然这些实验表明,该技术的原理,崔天凯说,球队必须解决两个问题比较多,使之可行的商业规模:他们需要简化程序,发现硅纳米颗粒的更便宜的来源。一个可能的来源是稻壳:他们是不适合人类的食物,按重量百万吨和20%的二氧化硅生产。据刘,他们有可能转化为纯硅纳米粒子比较容易,因为他的球队在科学报告最近描述。

“对我来说这是非常令人兴奋的看到我们了多大的进步,在过去七,八年提出,”崔说,“我们是如何解决的问题一个接一个。”

该研究小组还包括赵杰,马修·麦克道尔吨,玄旭李和斯坦福大学的赵文廷。崔是斯坦福大学材料与能源科学,联合SLAC /斯坦福研究所的成员。这项研究是由能源效率的美国能源部办公室和可再生能源的资助。

斯坦福线性加速器中心是一个多节目实验室探索在光子科学,天体物理,粒子物理和加速器研究前沿问题。位于加州门洛帕克,斯坦福线性加速器中心是由斯坦福大学为科学的能源办公室美国能源部工作。

出版物:廿六,等人,“A石榴启发纳米级设计用于大体积变化锂电池阳极,”自然纳米技术,2014;DOI:10.1038 / nnano.2014.6

图片:格雷格·斯图尔特/ SLAC;廿六,针打路和崔毅/斯坦福

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