2021 年 9 月 23 日——工程師們創(chuàng)造了一種新型電池，將兩個(gè)有前途的電池子領(lǐng)域編織成一個(gè)電池。該電池同時(shí)使用固態(tài)電解質(zhì)和全硅陽極，使其成為硅全固態(tài)電池。最初的幾輪測試表明，新電池安全、持久且能量密集。它有望用于從電網(wǎng)存儲到電動(dòng)汽車的廣泛應(yīng)用。
電池技術(shù)在 2021 年 9 月 24 日的《科學(xué)》雜志上有所描述。加州大學(xué)圣地亞哥分校的納米工程師與 LG Energy Solution 的研究人員合作領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究。
硅陽極以其能量密度而聞名，比當(dāng)今商業(yè)鋰離子電池中最常用的石墨陽極高 10 倍。另一方面，硅陽極因其在電池充電和放電時(shí)如何膨脹和收縮以及它們?nèi)绾坞S液體電解質(zhì)降解而臭名昭著。盡管具有誘人的能量密度，但這些挑戰(zhàn)使全硅陽極無法用于商用鋰離子電池。多虧了正確的電解質(zhì)，發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的新工作為全硅陽極提供了一條有前途的道路。
“通過這種電池配置，我們?yōu)槭褂霉璧群辖痍枠O的固態(tài)電池開辟了一個(gè)新領(lǐng)域，”該論文的第一作者 Darren HS Tan 說。他最近在加州大學(xué)圣地亞哥分校雅各布斯工程學(xué)院完成了他的化學(xué)工程博士學(xué)位，并共同創(chuàng)立了一家初創(chuàng)公司 UNIGRID Battery，該公司已獲得該技術(shù)的許可。
具有高能量密度的下一代固態(tài)電池一直依賴金屬鋰作為陽極。但這對電池充電率和充電過程中需要升高的溫度(通常為 60 攝氏度或更高)施加了限制。硅陽極克服了這些限制，可以在室溫到低溫下實(shí)現(xiàn)更快的充電速率，同時(shí)保持高能量密度。
該團(tuán)隊(duì)展示了一種實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的全電池，可在室溫下提供 500 次充電和放電循環(huán)，容量保持率為 80%，這代表了硅陽極和固態(tài)電池社區(qū)的令人興奮的進(jìn)展。
硅作為陽極替代石墨
當(dāng)然，硅陽極并不新鮮。幾十年來，科學(xué)家和電池制造商一直將硅視為一種能量密度高的材料，以混合或完全替代鋰離子電池中的傳統(tǒng)石墨陽極。從理論上講，硅的存儲容量大約是石墨的 10 倍。然而，實(shí)際上，在陽極添加硅以增加能量密度的鋰離子電池通常會(huì)遇到現(xiàn)實(shí)世界的性能問題：特別是電池在保持性能的同時(shí)可以充電和放電的次數(shù)不夠高。
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