南加州大學(xué)維特比教授周崇和研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)價(jià)格便宜，性能更好的硅陽極，硫系正極的鋰電池
研究人員在工程的南加州大學(xué)維特比學(xué)院已經(jīng)提高了用于陽極和陰極（負(fù)極和正極，分別）開發(fā)性能更好，更便宜的材料的性能和鋰電池的容量。
鋰離子電池是可充電電池的便攜式電子設(shè)備和電動(dòng)或混合動(dòng)力汽車中常見的一種普及型。 傳統(tǒng)上，鋰離子電池中含有石墨陽極，但硅近來成為一種很有前途的陽極代替，因?yàn)樗堑厍蛏系诙€(gè)最豐富的元素，具有每克容量（mah / g）的3600毫安時(shí)的理論容量，近10石墨倍的容量。 鋰離子電池的容量是由許多鋰離子如何被存儲(chǔ)在所述陰極和陽極確定。 在陽極使用硅增加了電池的容量顯著，因?yàn)橐粋€(gè)硅原子上可以結(jié)合起來，以3.75的鋰離子，而用石墨陽極，需要為每一個(gè)鋰原子6個(gè)碳原子。
南加州大學(xué)維特比小組開發(fā)了一種經(jīng)濟(jì)有效的（因此商業(yè)上可行），硅陽極與上述1100毫安時(shí)/克的穩(wěn)定能力，延長(zhǎng)600個(gè)周期，使得他們的陽極近三倍更強(qiáng)大和更持久比一個(gè)典型的商業(yè)陽極。
直到最近，成功實(shí)現(xiàn)鋰離子電池的硅陽極面臨的一大障礙。電極的嚴(yán)重粉碎，由于發(fā)生與使用硅的體積膨脹和收縮去年的帶領(lǐng)下，南加州大學(xué)的同一個(gè)團(tuán)隊(duì)維特電氣工程教授周崇武開發(fā)一個(gè)成功的陽極設(shè)計(jì)采用多孔硅納米線，讓該材料膨脹和收縮而不會(huì)破壞，有效地解決了粉碎的問題。
該解決方案產(chǎn)生了新的問題，但是：生產(chǎn)納米硅的方法是為商業(yè)應(yīng)用昂貴。 偏向虎山行，研究生明遠(yuǎn)閣以及建立在他們以前的工作發(fā)展，通過球磨和染色蝕刻的簡(jiǎn)單而廉價(jià)的方法制備多孔硅顆粒具有成本效益的方法，周氏團(tuán)隊(duì)的其他成員。
“我們生產(chǎn)的納米多孔硅陽極的方法是低成本，可擴(kuò)展的大規(guī)模生產(chǎn)在工業(yè)制造，這使得硅有前途的正極材料為新一代的鋰離子電池，”周說。 “我們相信這是最有前途的方法來應(yīng)用硅陽極的鋰離子電池，以提高容量和性能?！?
此外，研究生界鵬榮和其他團(tuán)隊(duì)成員開發(fā)的涂層，硫磺粉與氧化石墨烯提高鋰硫電池性能的方法。 硫一直是一種很有前途的陰極候選由于它的高理論容量，這比傳統(tǒng)的金屬氧化物或磷酸鹽陰極大于10倍以上多年。 硫元素也相當(dāng)豐富，價(jià)格便宜，并具有低毒性。 然而，硫磺的實(shí)際應(yīng)用已經(jīng)大大的挑戰(zhàn)，包括導(dǎo)電性差和可循環(huán)性差的阻礙，這意味著電池?cái)嚯娨院竺看纬潆姾驮俪潆姷囊粋€(gè)較低的數(shù)字后死亡。
他們的研究表明，石墨烯氧化物涂層過硫可以解決這兩個(gè)問題。 氧化石墨具有獨(dú)特的性能，如高的比表面積，化學(xué)穩(wěn)定性，機(jī)械強(qiáng)度和柔韌性，因此被普遍用于涂覆芯材料的產(chǎn)品，如傳感器或太陽能電池來提高它們的性能。 該球隊(duì)的石墨烯氧化物涂層提高了硫陰極的容量為800毫安時(shí)/克為1000個(gè)循環(huán)的充電/放電，這是對(duì)商業(yè)陰極的5倍的容量。
周和他的團(tuán)隊(duì)最近發(fā)表了他們的硅陽極結(jié)果納米快報(bào)[1]。 該文件是協(xié)同合作的項(xiàng)目周，南加州大學(xué)維特比研究生明遠(yuǎn)閣，界鵬榮，和鑫方，以及馬修·梅克倫堡從中心的電子顯微鏡和微量分析在南加州大學(xué)，和研究人員來自中國的浙江大學(xué)和勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室。 另外，周蓉，ge和方亦刊載于他們的方法會(huì)導(dǎo)致納米快報(bào)方便地制作石墨烯涂層的硫陰極的鋰離子電池[2]。
現(xiàn)在，他們分開的負(fù)極和正極的測(cè)試都取得了優(yōu)異的成績(jī)，球隊(duì)現(xiàn)在正在一起測(cè)試他們?cè)谝粋€(gè)完整的電池。他們將下一個(gè)集成在硅陽極與陰極硫，以及其它傳統(tǒng)的陰極材料中，為了最大限度地提高鋰離子電池的容量和整體性能。
“據(jù)我們所知道的，我們的技術(shù)，同時(shí)與硅陽極和陰極的硫是最符合成本效益的解決方案之一，因此顯露才華的商業(yè)化，使新一代的鋰離子電池供電的便攜式電子產(chǎn)品和電動(dòng)汽車，“南加州大學(xué)維特比研究生蓉說。