随着社会和科技的进步,绿色能源的开发利用以及电子产业的不断升级更新,人类对电能储存技术的需求也日益增加,锂离子电池正处于这个新科技时代的风口浪尖,近几十年来备受国内外研究者的关注。
目前商业化锂离子电池所用的负极活性材料均为石墨,它的实际发挥比容量约为360mAh/g,这极大的限制了整体电池的能量密度。而硅材料,由于其4200mAh/g的理论比容量,是石墨的10倍以上,这吸引了全球众多课题组的投入研究。
多年以前,滑铁卢大学的研究人员开始利用硅作为电池负极时,同其他研究组一样,遇到了全球性技术难题,即,硅材料在电池充放电过程中,由于相变所造成的体积收缩膨胀率高达300%,这一变化使得电极活性层形成众多断裂缝隙,电池性能迅速衰退,以致最终使电池失效。
为了攻克这一技术难题,陈忠伟教授的研究团队联合通用汽车全球研发中心(General Motors Global Research and Development Centre),共同开发了石墨烯硅材料电极的热处理技术,这一技术使硅的体积变化固定在特定的预设区域,解决了电极活性层的断裂问题,保证了硅材料电化学性能的正常发挥,并将其循环寿命提高到2000次以上。而更为可喜的是,此热处理技术简单而且容易操作,有利于进一步工业化的实现。
正如陈忠伟教授所言,“简单易行的热处理技术,创造出了具有独特结构的硅电极,使得这一高比能量电池的循环次数延长到2000次以上”。此技术的诞生意味着锂离子电池在便携式电子产品,可穿戴型电子设备以及电动汽车等领域的电池小型化、轻型化应用将迎来一次技术性革命。
上一信息:电池革命的关键 石墨烯到底是什么?