纳米线阳极锂离子电池

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  这种阳极能反复不断地循环使用而不受损害,让锂离子电池寿命翻倍。
  
  一家总部设在加州门洛帕克市的新创公司计划出售一种用于锂离子电池的新型阳极。这家叫安普雷斯(Ampfius)的公司声称,使用这种阳极,无需再充电也能让电动车走得更远、让移动装置用得更久。该公司的锂离子阳极由硅纳米线制备,这种硅纳米线比制造传统锂离子电池阳极的石墨材料的电负荷能力高10倍。据安普雷斯公司所称,用了他们的新阳极电池,电动车能从充一次电走200英里,提高到380英里;手提电脑可从充一次电工作4小时,延长到7小时。
  当其他高端电池公司瞄准保证快速充电及饱满加速度的电池电源时,安普雷斯公司则在尝试提高电池的能量密度来延长能耗时间。电池的总能存储越高,它给汽车或电话供电时间就越长。由于车辆制造商把目光转向了电动车,而象iPhone手机那样的移动装置运行着能量更密集的应用程序,所以电池的能量密度以及由此而来的一次充电能提供的能耗时间,就成了一个更为迫切的问题。
  锂离子电池充电时,锂离子就从阴极移向阳极,与此同时,电子通过一个外部电路流入;放电时该过程逆转。作为阳极材料,较之目前采用的石墨,硅可接纳更多的锂,从而更有潜力。确实,理论上硅的最高能量密度是石墨的十倍。但是,硅却易碎,易膨胀爆裂,哪怕只用了一个充电周期。
  然而,硅纳米线制备的电池阳极就能反复不断地循环而不受损害。2009年秋季,安普雷斯公司创立者、史丹福大学材料科学与工程系助理教授崔屹(Yi Cui)演示了纳米结构的硅阳极如何达到硅充电存储容量的理论值而未有碎裂。长而薄的纳米线垫柔软易弯曲,这就使电池充放电时得到松驰。而纳米线集会形成相当大的表面面积,这意味着与锂相互作用的位置更多了。
  安普雷斯公司的商业发展主管瑞安·科登斯忒特(RyanKottenstette)说,公司大大改进了纳米线的生长工序,以使其与大批量生产相匹配。纳米线从一个涂有催化剂的金属基体气化而来。公司并没有透露制作阳极的细节,但表示了制作过程使用了导电性更强的金属基体和更便宜的催化剂。崔屹说:“这个阳极可以在低物质成本的金属箔上大规模高速度地生成。
  目前,安普雷斯公司正在跟车辆、电子器件制造商相沟通,以备三月份筹措其第一轮风险投资基金。公司希望,明年夏季能募集到更多资金,来组建一条试验生产线。
  不管阳极有多优良,电池整体的充电容量也需取决于阴极。现今锂离子阴极的性能却并不像安普雷斯公司所开发的阳极那么棒。该公司最初的电池设计,通过薄阳极与厚阴极配对的方法,来弥补这种不相称的缺陷。跟同样大小的常规锂离子电池相比,安普雷斯公司的设计可存储高出40%的充电容量。不过,为了进一步提高能量密度,安酱雷斯公司将需寻求新的阴极材料。
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