掃描電子顯微鏡圖像：(a)烘干后的SiO2納米纖維;(b)高倍率下SiO2納米纖維;(c)腐蝕之后的硅納米纖維;(d)高倍率下硅納米纖維。
據(jù)國(guó)外科技媒體本周報(bào)道，加州大學(xué)河濱分校伯恩斯工程學(xué)院開(kāi)發(fā)了一種可用于鋰離子電池的新型紙狀材料，它可以成倍地提高電池單位重量可傳輸?shù)哪芰俊＿@種紙狀材料是由厚度還不及人類(lèi)頭發(fā)百分之一的海綿狀硅納米纖維材料制成的，它能被用于電動(dòng)汽車(chē)的電池和個(gè)人電子設(shè)備中。
納米纖維是通過(guò)一種靜電紡絲的技術(shù)制備的，即在旋轉(zhuǎn)鼓和噴嘴之間施加20000至40000伏的電壓，由此會(huì)發(fā)射原硅酸四乙酯(TEOS)組成的溶液，這種溶液是一種經(jīng)常在半導(dǎo)體工業(yè)中使用的化學(xué)化合物。然后納米纖維暴露于鎂蒸氣，以產(chǎn)生海綿狀硅纖維結(jié)構(gòu)。
常規(guī)生產(chǎn)的鋰離子電池的陽(yáng)極是用涂覆有石墨混合物、導(dǎo)電添加劑和聚合物粘合劑的銅箔制成的。但是，由于石墨的性能已經(jīng)被發(fā)掘出來(lái)，研究人員正在實(shí)驗(yàn)其他的材料，例如硅材料。硅具有的特定容量或每單位重量電池具有的電荷量比石墨高出近10倍。
(a)靜電紡絲過(guò)程和隨后的還原處理的示意圖;(b)初紡的SiO2紙狀納米纖維;(c)腐蝕后的硅紙狀納米纖維;(d)碳包覆的硅紙狀納米纖維。
但是硅有明顯的體積膨脹，這會(huì)導(dǎo)致電池迅速衰減。這種硅納米纖維結(jié)構(gòu)規(guī)避了這個(gè)問(wèn)題，并且對(duì)電池進(jìn)行循環(huán)數(shù)百次后并沒(méi)有顯著衰減。
“當(dāng)換到能量密度大的物質(zhì)時(shí)可以省去金屬集電體和非活性聚合物粘結(jié)劑，例如硅可以顯著提高電動(dòng)車(chē)的儲(chǔ)存電荷范圍。”Favors說(shuō)。
這項(xiàng)技術(shù)還解決了困擾獨(dú)立式電極多年的一個(gè)問(wèn)題：可擴(kuò)展性。使用化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)的獨(dú)立式材料，例如碳納米管或硅納米線(xiàn)，其規(guī)模只能在非常小的量級(jí)(微克)來(lái)制造。然而，F(xiàn)avors可以在實(shí)驗(yàn)室里一次生產(chǎn)成克的硅納米纖維。
研究人員未來(lái)的工作主要涉及制作硅納米纖維制成的袋狀單元格的鋰離子電池，這是一種可以用于電動(dòng)汽車(chē)以及電子設(shè)備的大型電池。
