硅和磷烯复合物阳极提升锂电池充电速率及容量

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据外媒报道,印度科学教育和研究学院(Indian Institute of Science Education and Research,IISER)的一支研究团队采用硅和磷烯(phosphorene)研发全新的复合物,用于制作锂离子电池的阳极,该团队由Satishchandra Ogale牵头。

据科研人员透露,该材料非常高效,相较于当前的锂离子电池,新款阳极材料将电池的充电速度和电池容量分别提升了3倍和5倍,同时还降低了电池的整体重量。若仅将硅用作电池的阳极材料,会导致其循环稳定性较弱。

作为实验的一环,IISER研发人员利用磷烯,在纯型的二维材料,其利用纳米硅颗粒物及少量黑磷烯层或纯磷烯来制作电池阳极。

Ogale表示:“事实上,使用磷烯所取得的性能优势源自于磷烯的结构性设计,可提供较高的灵活性及弹性。而高度的机械灵活性使其能够容纳电池内的锂离子,提升电池的充电速度。”

研究人员表示,该电池采用了新研发的材料,该类材料或许也能被用于传感器、场效应晶体管(field effect transistors)及光电元件(optoelectronic devices)。

IISER或许能在实现相同容量的情况下,缩小电池的尺寸并减轻其重量。

该研究的首席作者Kingshuk Roy表示:“尽管硅基电池是未来的发展方向,最大的挑战在于维持其高度的稳定性,从而延长电池的充放电使用寿命。”

在第一次充电测试中,新款电池的容量保持率为78%,这意味着不可逆损失(irreversible loss)微乎其微,而这类不可逆损失恰恰是锂电池硅基阳极与碳复合物混合后的通病。

磷烯具有结构性优势,可被用作粘合剂,防止开裂。在高充电速率条件下,对其进行观察。

据称,该款材料制作的锂电池可耐受数百次充放电循环。