硅“三明治”制造重量轻、容量大的电池

观赏画廊-3图片追求更好的电池意味着探索替代材料，而科学家们在硅中看到了很多希望。克莱姆森大学(Clemson University)的一个团队提出了一种新的设计，克服了将这种材料融入锂离子电池的一些问题，使他们能够展示一种可以用来为卫星和宇航服提供动力的轻便多用途设备。

长期以来，科学家们一直在研究锂离子电池中硅的潜力，这是有充分理由的。使用阳极组件的材料代替现在使用的石墨可以将这些设备的存储容量增加多达10倍，但有一些问题需要首先熨平。

在这些情况下，硅不会表现出与石墨一样的耐用性，在电池充电和放电时，硅往往会膨胀、收缩并分裂成小块。这会导致阳极退化和电池失效，但多年来我们已经看到了一些潜在的解决方案，包括在将硅整合到设备中之前，将硅塑造成海绵状的纳米纤维或微小的纳米球。

克莱姆森大学(Clemson University)的这项新研究希望通过名为Buckypaper的碳纳米管板来支持硅的可靠性，我们也看到这种材料用于开发下一代飞机的隔热材料。这些薄片与微小的纳米硅颗粒配对，研究小组说，这种排列很像一副牌，硅颗粒夹在每一层之间。

该研究的第一作者沙伦德拉·奇卢瓦尔(Shailendra Chiluwal)说：“碳纳米管的独立片保持了硅纳米颗粒之间的电连接。”这些纳米管形成准三维结构，即使在500次循环后也能将纳米硅颗粒结合在一起，并减轻纳米颗粒破裂产生的电阻。

根据该团队的说法，这种方法的美妙之处在于，即使电池的充电和放电导致硅颗粒分裂，它们也会保持锁定在三明治内，并能够发挥它们的功能。这意味着，从理论上讲，这种功能正常但正在试验的电池容量要高得多，这意味着能量可以储存在更轻的电池中，从而减轻了设备的整体重量。

根据科学家的说法，作为一个额外的好处，纳米管的使用创造了一种缓冲机制，使电池能够以当前迭代速度的四倍充电。这些重量轻、容量大的快速充电电池可能会有多种用途，包括电动汽车，但太空是该团队看到真正潜力的领域，该项目的部分资金来自美国国家航空航天局(NASA)。

研究作者拉马克里希纳·波迪拉(Ramakrishna Podila)说：“大多数卫星的能量主要来自太阳。”“但卫星必须能够储存能量，以备处于地球阴影下时使用。我们必须把电池做得尽可能轻，因为卫星重量越重，执行任务的成本就越高。“

研究人员说，其他可能性包括宇航服和火星漫游车的电力系统。他们现在正在与行业合作伙伴合作，以期将这项技术从实验室带到现实世界中。

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