加拿大研發(fā)大容量硅基鋰離子電池

加拿大阿爾伯塔大學(xué)（University of Alberta）在硅基鋰離子電池的研究上取得關(guān)鍵性進(jìn)展， 其所制備的電池容量是現(xiàn)有電池的10 倍。阿大化學(xué)教授兼加拿大能源納米材料研究員Jillian Buriak 向記者介紹：“我們?cè)噲D考察不同尺寸的硅納米粒子對(duì)電池內(nèi)部的壓裂會(huì)產(chǎn)生怎樣的影響。 ”

硅材料有望制備容量更高的電池， 與現(xiàn)有的鋰離子電池中使用的石墨相比， 硅材料能夠吸收更多的鋰離子。但是再多次充放電循環(huán)過程中，硅材料自身會(huì)隨著鋰離子的吸收和釋放而膨脹和收縮， 因此很容易發(fā)生斷裂。

已知研究表明，將硅制成納米級(jí)顆粒，加工成線材或管材后可有效防止破裂。 阿大的研究團(tuán)隊(duì)基于此展開研究， 試圖弄清在怎樣的尺度下才能最大限度發(fā)揮硅材料的優(yōu)勢，同時(shí)盡量減少缺點(diǎn)。研究者將4 種不同尺寸（3、5、8、15 nm）的硅納米粒子均勻分散在高導(dǎo)電性的石墨烯氣凝膠中， 該氣凝膠對(duì)硅的低導(dǎo)電率有一定的補(bǔ)償作用。研究發(fā)現(xiàn)，粒徑最小的硅納米粒子（3 nm）經(jīng)500 次充放電循環(huán)后表現(xiàn)出良好穩(wěn)定的特性，比電容為1 100 mA·h/g 左右，電池容量超過90%。

研究員描述，“比如一輛車的電池尺寸與特斯拉相同，但是續(xù)航能力是對(duì)方的10 倍，或者充電次數(shù)以及電池質(zhì)量是對(duì)方的1/10。 ”

阿大研究團(tuán)隊(duì)接下來的目標(biāo)是開發(fā)出一種更為高效、成本更加低廉的硅納米粒子制備工藝，以實(shí)現(xiàn)和工業(yè)化、 商業(yè)化的對(duì)接。 相關(guān)文章資料請(qǐng)參閱《Chemistry of Materials》2018，30（21）：7782-7792。

賈磊譯自Phys.org.2019-01-15

全固體電解質(zhì)，助力鋁離子電池成未來新貴？

隨著電子產(chǎn)品、電動(dòng)汽車需求的日益增長，市場對(duì)充電電池的需求也日趨旺盛。 傳統(tǒng)充電電池的電解質(zhì)為液體， 該介質(zhì)有助于離子從一個(gè)電極傳輸?shù)搅硪粋€(gè)電極。由于電解質(zhì)由有機(jī)分子制成，因此其具有易燃和易揮發(fā)的特性， 由此為充電電池的使用帶來不小的安全隱患。

針對(duì)于此，來自于美國紐約州雪城大學(xué)（Syracuse University）的Hosein 研究團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)出了一種面向鋁離子充電電池的新型固體電解質(zhì)。 該電解質(zhì)由十分柔軟的聚合物制成，它允許鋁離子自由通過，同時(shí)自身堅(jiān)韌的結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的耐熱性和耐磨性。 將鋁鹽（如硝酸鋁）溶解在聚合物主體中，可使該聚合物充當(dāng)起鋁離子電解質(zhì)的角色。

在通常的認(rèn)識(shí)里，鹽類較易溶解在液體中。事實(shí)上許多聚合物固體材料也可以溶解鹽， 因?yàn)榫酆衔锏闹麈溇哂心軌驅(qū)Ⅺ}解離為陽離子和陰離子的功能。它在固定陰離子的同時(shí)，允許陽離子自由穿過聚合物固體材料，由此實(shí)現(xiàn)了電池內(nèi)的電荷傳輸。實(shí)驗(yàn)測試表明， 該固體聚合物電解質(zhì)具有與液體電解質(zhì)相同的導(dǎo)電性，在150 ℃的高溫測試條件下，仍能穩(wěn)定安全地正常工作。

在此之前，Hosein 團(tuán)隊(duì)一直在推進(jìn)全固態(tài)鋁離子電池的研究工作，全固態(tài)電解質(zhì)的成功研發(fā)，無疑是此類電池走向成功的至為關(guān)鍵的一步。

鋁離子電池具有和鋰離子電池相同的組成結(jié)構(gòu)， 但是卻擁有許多鋰電池所不能比擬的優(yōu)點(diǎn)。 首先，鋁是地球中富含量第三豐富的金屬元素，獲取便捷且成本低廉。與之相對(duì)，鋰在地殼中的含量排名第27 位，儲(chǔ)量和成本均不占優(yōu)勢。 其次，相比而言，鋁離子電池具有更高的電壓，能儲(chǔ)存更多的能量，并提供更大的電流。測試表明，鋁離子電池容量是鋰離子電池的4 倍，這是因?yàn)殇X可形成多價(jià)離子，攜帶電荷是鋰離子的3 倍。

研究人員認(rèn)為，在后鋰離子電池時(shí)代，鋁離子電池有望成為極具競爭力的下一代儲(chǔ)存介質(zhì)。 本研究相關(guān)論文（A solid polymer electrolyte for aluminum ion conduction）發(fā) 表 在《Results in Physics》上（Vol.10，2018，529-531）。

賈磊譯自Science Trends.2019-01-02

中俄聯(lián)合團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)鋰電池容量15%提升

來自俄羅斯圣彼得堡彼得大帝理工大學(xué)（SPbPU）的消息，中俄兩國研究團(tuán)隊(duì)通過技術(shù)攻關(guān)，成功實(shí)現(xiàn)將鋰電池容量提升15%，這項(xiàng)研究成果在第6 屆中國(青島)鋰電新能源產(chǎn)業(yè)國際高峰論壇上得到證實(shí)。

據(jù)介紹， 研究團(tuán)隊(duì)通過向電池負(fù)極添加固體電解質(zhì)來提高效率（如圖），固體電解質(zhì)由SPbPU 的碩士生Daniil Alexandrov 合成得到。 與液體電解質(zhì)相比， 使用固體電解質(zhì)制得的鋰電池不僅電池容量得到提升，其質(zhì)量也進(jìn)一步減輕。

該電池研究成果誕生于浙江長興中-俄新能源材料技術(shù)研究院。 該研究院于2016 年成立，是SPbPU 與英納威（浙江）新能源新材料有限公司聯(lián)合共建的一所國際化高規(guī)格技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新平臺(tái)， 總投資2 億元人民幣。

中俄新能源材料技術(shù)研究院院長王慶生介紹，“中俄研究院將鋰電池負(fù)極材料和功能添加劑的改進(jìn)作為其中一項(xiàng)主業(yè)， 并致力于技能技術(shù)、 清潔能源、電力運(yùn)輸?shù)确矫娴母倪M(jìn)提升，以促進(jìn)‘綠色技術(shù)’更好地融入現(xiàn)實(shí)生活。 ”