美大学研究纯硅作负极材料

本报讯  美國宾州州立大学的研究人员开发一种新策略，可以在锂离子电池中扩大硅基负极的应用，将电动汽车、智能手机的功率提高20%。

机械与化学工程教授Donghai Wang表示：“硅有望成为下一代锂离子电池负极材料。但是，研究表明，在循环过程中，这种材料非常不稳定。”在传统锂离子电池循环周期中，硅作为负极材料会发生严重的体积膨胀与收缩，限制其商业应用潜力。这种在充放电过程反复出现的体积变化，使电池结构受损。久而久之，会导致电池发生爆料等不稳定现象，缩短电池寿命。

研究人员开发新策略，保持硅材料弹性，从而更好地传输能量，保持电极完整性。Wang表示：“我们发现，采用超弹性凝胶聚合物电解质（GPE）缓冲层，包围硅基负极，可以让硅保持稳定，阻止电极内的粒子移动。”GPE材料由软醚部分和硬循环部分构成，软醚部分提供弹性，硬循环部分防止聚合物过度膨胀。“两部分协同工作，使GPE材料适当膨胀和收缩，同时保持硅负极结构稳定。”

研究人员表示，这一策略或将解决目前硅基负极面临的问题，将锂离子电池的储能提高20%。Wang说：“以往的电池中只能用5%的硅，所产生的效果十分有限。通过这种方法，我们可以使用纯硅负极显著增加电池的容量和能量密度，为创造下一代锂离子电池铺平道路。”