美国科学家利用微孔提升锂离子电池“实力”

近几年，电脑、手机的技术进步不小，但不断增大的屏幕和眼花缭乱的软件让其电池寿命越来越短，不管像素多高、运行多快的手机，唯一令人不满意的就是电池。不过，美国西北大学的一个科研小组日前宣称，他们通过技术可以提高锂离子电池的性能，不仅充电速度变快，电池维持时间也变长，而且电力更足。据悉，该小组在关注能源相关材料的国际期刊《先进能源材料》上，发表了名为《平面空穴制成高功率硅-石墨烯复合电极用于锂离子电池》（In-PlaneVacancy-EnabledHigh-PowerSi-GrapheneCompositeElectrodeforLithium-IonBatteries）的论文。

该小组自信地表示，利用该技术为手机、电脑等电池充电，充电速度比目前其它电池要快10倍，仅要15分钟，但电量可以持续使用一周左右。即使经过150次充电，或者使用时间超过1年甚至更长，电池效率仍然比当今市场上的锂离子电池高5倍。该小组负责人、西北大学麦考密克工程和应用科学学院教授哈罗德博士称。

哈罗德表示，锂离子的密度和活动是这一技术的关键，而我们找到了一种可以容纳更多离子并加快它们活动的方法，以此来改变电池的整体效率。

事实上，锂离子电池充电重要是在电池两端间传送，也就是在正极和负极间传送。目前的锂离子电池中，正极制备重要采用多层碳基石墨烯薄片，每6个碳原子只能容纳1个锂原子。由此，小组尝试利用硅取代碳，因为每1个硅原子可容纳4个锂原子，但在充电过程中，硅膨胀和收缩很剧烈，会导致破裂，迅速丧失充电容量。

为了稳定硅，研究小组把成簇的硅夹在柔性石墨烯薄片之间，这间接使更多数量的锂原子停留在电极上，然后利用柔性石墨烯薄片的特点适应充电过程中硅的体积变化。即使最后硅簇破裂，这些柔性石墨烯薄片也大大降低了硅膨胀和收缩造成的容量损失。

此外，充电电流速度是掌控电池充电时间的主因。但由于石墨烯薄片非常薄，锂离子从正极移动到负极的过程中较为拥挤，速度受限，充电时间自然很长。对此，研究小组利用化学氧化过程，在石墨烯薄片上戳出成千上万个10―20纳米的微孔，让锂离子可以抄近路迅速到达负极，这样充电的时间就大幅缩短了。

哈罗德估计，该技术为未来锂离子电池的发展拓宽了道路，小到手机，大到电动汽车都可以应用这一技术。我确信，未来3―5年内这一技术会出现在市面上。哈罗德表示。