美國或將電池保有提高10倍電量

手機電池帶電超過一周，每次充電只需15分鐘。美國西北大學的研究人員讓我們離這個夢想又進了一步。該校的工程師研制出一種針對鋰離子電池的電極，允許電池保有比現有技術高10倍的電量，更可使帶有新電極的電池充電率提升10倍。相關研究報告發表在近期出版的《先進能源材料》雜志上。

儲電量和充電率是兩個主要的電池局限。儲電量受限于電荷密度，即電池的兩極能容納多少鋰離子。充電率則受限于鋰離子從電解液到達負極的速度。

現有鋰電池的負極由碳基的石墨烯片層層堆積而成，一個鋰原子只能適配6個碳原子。為了增加儲電量，科學家曾嘗試利用硅代替碳，以使硅可以適配更多鋰，達到4個鋰原子對應1個硅原子。然而，硅會在充電過程中顯著擴展和縮小，從而引起充電容量的快速破裂和遺失。而石墨烯片的形狀也會制約電池的充電率，它們雖只有一個碳原子厚，但卻很長。由于鋰移動到石墨烯片中間需要耗費很長時間，離子“交通堵塞”的情況在石墨烯片的邊緣時有發生。

現在，研究團隊結合兩種技術解決了上述問題。首先為了穩定硅以保持最大的充電容量，他們在石墨烯片之間加入硅簇，利用石墨烯片的彈性配合電池使用中硅原子數量的變化，使得大量鋰原子存儲于電極中。硅簇的添加可使能量密度更高，同時也能降低因硅擴展和縮小引發的充電容量損失，可謂兩全其美。

研究小組還利用化學氧化過程在石墨烯片上制造了10納米至20納米微孔，稱之為“面缺陷”，因此鋰離子將會沿此捷徑到達負極，并通過與硅發生反應，存儲在負極。這將使電池的充電時間縮短10倍。

論文主要作者哈羅德·H·孔（音譯）表示，新技術能使鋰離子電池的充電壽命延長10倍，即使在充電150次后，電池能效仍是現有鋰離子電池的5倍。這一技術有望在未來3至5年內進入市場。