滑鐵盧大學(xué)研發(fā)高能量長壽命石墨烯硅基鋰電池

　　近日，加拿大滑鐵盧大學(xué)應(yīng)用納米材料與清潔能源實驗室——陳教授課題組成功研制出新型石墨烯硅基鋰離子電池，將在第三屆“沃達(dá)斯”論壇上展示此技術(shù)。據(jù)介紹，此創(chuàng)新型技術(shù)將目前商業(yè)化鋰離子電池的比能量密度提高了40%-60%，循環(huán)壽命延長到2000次以上，這極大的推動了高能量長壽命鋰離子電池的發(fā)展進(jìn)程，促進(jìn)了相關(guān)電子以及儲能領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)鏈的加速成長，相關(guān)技術(shù)成果已發(fā)表在最新的Nature Communications雜志上。

　　隨著社會和科技的進(jìn)步，綠色能源的開發(fā)利用以及電子產(chǎn)業(yè)的不斷升級更新，人類對電能儲存技術(shù)的需求也日益增加，鋰離子電池正處于這個新科技時代的風(fēng)口浪尖，近幾十年來備受國內(nèi)外研究者的關(guān)注。

　　目前商業(yè)化鋰離子電池所用的負(fù)極活性材料均為石墨，它的實際發(fā)揮比容量約為360mAh/g，這極大的限制了整體電池的能量密度。而硅材料，由于其4200mAh/g的理論比容量，是石墨的10倍以上，這吸引了全球眾多課題組的投入研究。

　　多年以前，滑鐵盧大學(xué)的研究人員開始利用硅作為電池負(fù)極時，同其他研究組一樣，遇到了全球性技術(shù)難題，即，硅材料在電池充放電過程中，由于相變所造成的體積收縮膨脹率高達(dá)300%，這一變化使得電極活性層形成眾多斷裂縫隙，電池性能迅速衰退，以致最終使電池失效。

　　為了攻克這一技術(shù)難題，陳教授的研究團隊聯(lián)合通用汽車全球研發(fā)中心(General Motors Global Research and Development Centre)，共同開發(fā)了石墨烯硅材料電極的熱處理技術(shù)，這一技術(shù)使硅的體積變化固定在特定的預(yù)設(shè)區(qū)域，解決了電極活性層的斷裂問題，保證了硅材料電化學(xué)性能的正常發(fā)揮，并將其循環(huán)壽命提高到2000次以上。而更為可喜的是，此熱處理技術(shù)簡單而且容易操作，有利于進(jìn)一步工業(yè)化的實現(xiàn)。

　　正如陳教授所言，“簡單易行的熱處理技術(shù)，創(chuàng)造出了具有獨特結(jié)構(gòu)的硅電極，使得這一高比能量電池的循環(huán)次數(shù)延長到2000次以上”。此技術(shù)的誕生意味著鋰離子電池在便攜式電子產(chǎn)品，可穿戴型電子設(shè)備以及電動汽車等領(lǐng)域的電池小型化、輕型化應(yīng)用將迎來一次技術(shù)性革命。

　　目前此技術(shù)已經(jīng)完成初步小試階段，據(jù)保守預(yù)計，這一新型石墨烯硅基鋰離子電池將于明年面世進(jìn)入市場。陳教授將協(xié)同WATTECH POWER INC.(滑鐵盧大學(xué)科技公司)CEO Allen Sun 先生在第3屆鋰電“沃達(dá)斯”論壇上展示此項最新技術(shù)。

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