加州大學的研究人員稱他們發現硅作陽極的電池可實現電池性能的突破，可解決電池效率不高以及在使用過程中出現故障甚至是發生火災等災難性后果的問題。
加州大學河濱分校（UCR）的研究員們研制出一種硅作陽極的鋰離子電池。目前，這種硅陽極板所呈現出的性能明顯優于其他材料，而且還可解決電池效率不高以及在使用過程中出現故障甚至是發生火災等災難性后果的問題。
隨著研究人員繼續專注此項科研，不斷促進電池規模的升級換代，它極有可能為電動汽車、電子產品和全能移動電源等產品向著更高性能的發展鋪平道路。
眾所周知，石墨很早就作為鋰離子電池的陰極板材料。但由于儲能量有限，同時電池性能又不斷提高，它的弊端已慢慢暴露出來，成為電池性能提高的瓶頸。
同樣單位質量的硅可存儲的能量比石墨高出10倍。但是，目前它存在兩個主要的性能缺陷。一是低庫侖效率，也就是說，電荷在轉移到硅電極過程中損失較大。另一個致命因素是每經過一個充電周期，硅接觸電荷都會擴展延伸至自身的3倍，這樣很容易形成裂紋，造成短路，降低電池性能，甚至導致電池類的災難性事故。
由Cengiz Ozkan和Mihri兩位教授領導的研究小組已研制出一種電極材料來應對上述問題。該電極由海綿狀的硅納米纖維組成，其性能優異，同時還可解決其他可能出現的很多問題。
研究人員在一個旋轉的滾筒和噴出原硅酸四乙酯(TOES) 溶液的噴嘴之間施加高電壓，從而產生納米纖維。之后將纖維材料暴露于鎂蒸氣中，進而獲得海綿狀硅纖維結構。
M. Ozkan告訴我們說：“我們研究的硅納米纖維在納米尺度上有幾個結構方面的優勢:它能夠幫助把我們體積膨脹效應弱化到較小，就像在其他標準硅材料中觀察到的那樣�！�
研究者告訴Gizmag說,納米纖維納米表面含有Φ10nm左右的納米孔，而且在纖維網格之間也有空隙，這些都為硅提供足夠的擴展空間，而不損害電池主體。同時，還有另外三個減少硅不利擴張的因素:納米二氧化硅外殼;覆蓋有碳涂層的緩沖層;纖維本身的大小,其尺寸約為8~25納米(尺寸太小硅容易斷裂)。
目前，鋰離子電池需要粘結劑結合活性粒子，使其在集電器中相互接觸反應。但由于粘結劑無其他活性作用，導致電池更大、更重的同時并未提升電池性能。雖然現在已經有無粘結劑電池的雛形，但由于該種電池所使用的活性物質只能小批量生產，所以并未投入大規模生產。
研究人員說,新的電極材料并不需要集電器、聚合物粘結劑和導電粉添加劑,其硅材料占整個電極重量的80%以上。實驗小組在進行600多個周期測試后，確定電極容量在802 mAh / g ，而且比起之前硅電極材料的低庫倫效應，新電極的庫侖效率高達99.9%。
與先前的無粘結劑的電池設計不同,這種活躍的材料更適合大規模生產，所以目前解決的重點在于如何較大化電池的尺寸和集成度。
“目前，我們的鋰離子電池尺寸還處于硬幣大小的階段,”m . Ozkan告訴我們，“我們需要與電池制造商合作，進一步深入推進這項電池技術的發展，使其能夠達到口袋大小的尺寸，這樣就可以用在商務便攜式電子設備上。這種設想何時能夠實現取決于我們找到合適電池制造商的速度�！�
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