新型锂电池阳极材料可以使充电在几分钟内完成

摘要：加州大学河滨分校的一组研究人员开发出了一种新架构的硅阳极，应用在锂电池中可以使充电过程快16倍。新的设计构建于3D结构的锥形碳纳米管材料之上。可以使电池比原来轻40%，却能携带比原来多60%的电量，将使充电速度快16倍左右。

由于锂电池被广泛应用，人们也对之进行大量的研究改善它们的性能。寻找“完美”的电极材料的研究从未停止过。在商用领域目前的阳极多由石墨碳制成，每克能携带370mAh电量(370mAh/g比容量)。而如果用碳纳米管制成阳极，可以使性能翻三倍左右，达到1000mAh/g比容量。而更进一步研究发现，硅是更好的电池阳极材料。因为它具备4200mAh/g比容量。相比目前商用的电池，提供了10倍以上的性能。而直接使用硅阳极并不能在现有的锂电池结构内正常工作。由于硅和锂会在电池内部发生反应，它会膨胀到4倍正常的大小。

现在，加州大学河滨分校的研究人员已经开发出一种新的架构来将硅应用在锂电池的阳极上。不仅能够使单位重量材料携带更多电量，同时能让充电速度快16倍左右。研究人员首先构建了一层石墨烯薄片，并在此基础上使用柱状碳纳米管构建了柱状的纳米结构。最后他们使用温和的电感耦合等离子体使之柱状纳米管变成锥形结构，最后他们将非晶硅沉积在上面。

应用这种结构的阳极的锂离子电池在快速充放电循环中也表现出了极高的稳定性，阳极能达到1954mAh/g(是传统阳极的五倍性能)。在230次充放电循环后仍保留有1200mAh/g的比容量。这种电池技术如果能够批量生产，相信对智能手机和电动汽车行业的影响都十分巨大。