设计的下一代锂离子电池应在2-3年内投放市场

如今，下一代锂离子电池的电量已经是当前电池的3倍以上，并且可以在10分钟左右就可以充电。根据相关人士的说法，由南加州大学（USC）研究人员创建的新设计可能仅在2-3年内上市。

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该设计基于将当前使用的石墨阳极替换为多孔硅纳米颗粒。这是同一位研究人员去年使用硅纳米线完成的工作。实际上，纳米线版本的使用寿命（2000个充电周期）比当前纳米粒子版本（200个充电周期）和传统的基于石墨的设计（500个充电周期）更长。但是研究人员有信心在不久的将来可以大大提高纳米颗粒设计的寿命。纳米线的问题在于，它们相对难以大规模生产，而硅纳米颗粒则容易获得。

令人印象深刻的充电容量和充电率对于当前使用的许多慢速充电电池非常有用，例如用于电动和混合动力汽车，笔记本电脑，手机等的电池。

“这是令人兴奋的研究。它为下一代锂离子电池的设计打开了大门。”南加州大学维特比工程学院教授，​​首席研究员周崇武说。

研究人员长期以来一直试图在电池阳极中使用廉价且具有高潜在容量的硅。（阳极是电流流入电池的地方，而阴极是电流流出的地方。）问题在于以前的硅阳极设计基本上是材料的极小板，由于在充电/放电过程中反复膨胀和收缩而破裂，并很快变得无用。南加州大学新闻稿说。

因此，去年，研究人员开始对硅纳米线进行实验，它们的尺寸小且具有多孔性，可以抵抗由膨胀引起的破坏。“纳米线上的微小孔使硅能够在不破裂的情况下膨胀和收缩，同时又增加了表面积-从而使锂离子能够更快地扩散进电池和从电池中扩散出来，从而提高了性能。”

研究人员还致力于与硅纳米线和纳米颗粒配对的新型阴极材料的开发，从而有可能创造出全新的电池设计。

这项新研究发表在《纳米研究》上。

图片来源：硅通过Wikimedia Commons