“石榴电极”研制成功 电池容量可增10倍

近日美国科学家成功破解此前锂离子电池中的硅电极容易破裂的难题，成功研制出一种硅纳米颗粒和碳制成的新型电极，而这居然是受石榴的影响。

研究中，美国斯坦福大学和美国能源部下属SLAC国家加速器实验室副教授崔毅(音译)和他的研究小组，通过一种在石油、油漆以及化妆品生产中常用的微乳液技术，研究人员把硅纳米颗粒像石榴子一样用碳包裹了起来，不但为每个硅纳米颗粒穿上了一件“碳衣”，还为每一组硅纳米颗粒盖上了一层“碳被”，成功解决难题。

硅纳米粒子的使用，缩小了硅的体积，降低了发生破裂的概率;“碳衣”和“碳被”不但大幅减少了硅暴露在电解质中的面积，还为电流的传导提供了一条坚固的高速公路，此外，考虑到充电时硅纳米颗粒会发生膨胀，研究人员还在“碳衣”“碳被”里为它们留下了富余的空间，通过精确控制生产过程，他们已经能够为所需要的电极生产出特定大小的硅纳米颗粒。

电极是电池的关键部件，有阳极和阴极之分，此前就有研究表明，硅阳极具有极好的性能，用其制成的锂离子电池能比目前广泛使用的石墨阳极多存储10倍以上的电能，但其最大的缺点是不可持续性：这种电极在充电过程中极易发生膨胀甚至破裂，硅在脱落后还会与电池中的电解质发生化学反应形成一种泥状物质，降低电池性能和使用寿命。

实验测试显示，这种石榴结构的阳极具有优良的性能，用它制造的电池在完成1000次充放电后还有97%的电量，完全能够满足实用要求。

崔毅说，为了使这项技术能够更快商业化，还需要解决两个问题：一是简化制造流程，二是找到更便宜的硅纳米颗粒来源。目前他们发现稻壳或许会成为一个很好的原材料，这种农作物副产品来源稳定，产量极高，按重量计算，20%能被制成二氧化硅，而二氧化硅可以非常容易的被转化为制造电极所需的纯硅纳米颗粒。

最近几年，斯坦福的科学家一直致力于硅纳米电池的研究，这次给硅纳米粒子“穿衣盖被”算是其中非常重要的一步，在稳定性、寿命等重要商业化指标上实现突破，为新型电池问世扫除了不少障碍，而对于移动电子终端而言，这种10倍电量电池也将意味着新一轮发展浪潮的到来。