新型硅纳米纤维可促进电动汽车锂离子电池的使用

波恩斯工程学院的科学家们加州大学河滨分校他们发明了一种新的锂离子电池材料，这种材料含有海绵状的硅纳米纤维。

这种像纸一样的材料比人的头发还要细100倍以上，可以显著提高锂离子电池单位重量所能提供的比能量或能量数量。这一最新的突破有潜力用于许多应用，包括用于个人电子产品和电动汽车的电池。

这篇题为《面向可扩展无粘结剂电极:电纺SiO2纳米纤维的Mg还原碳涂层硅纳米纤维纸发表在杂志上自然科学报告．作者包括机械工程教授Cengiz S. Ozkan，电子和计算机工程教授Mihri Ozkan，以及他们的研究生Rachel Ye, Zach费沃斯，Kazi Ahmed, Hamed Hosseini Bay, Robert Ionescu和Zafer Mutlu。

研究人员使用静电纺丝技术生产纳米纤维，其中在喷嘴和旋转滚筒之间施加2万至4万伏电压。这种喷嘴释放的溶液主要含有正硅酸乙酯(TEOS)，一种常用于半导体工业的化合物。然后将纳米纤维暴露在镁蒸汽中，形成硅纤维结构。

传统上，锂离子电池的阳极是用铜箔制成的，而铜箔又被涂上聚合物粘合剂和石墨(一种导电添加剂)的混合物。由于石墨的性能几乎已为人所知，科学家们正在探索其他材料，如硅，其单位重量电池的电荷量或比容量几乎是石墨的十倍。亚博网站下载

然而，硅倾向于经历一个相当大的体积膨胀，这可以迅速恶化电池。研究人员生产的海绵状硅纤维结构克服了这个问题，使电池可以循环使用无数次而不会出现任何严重的退化。此外，该技术还解决了与独立电极相关的可扩展性因素。

通过化学气相沉积生长的独立或无粘结材料，如硅纳米线或碳纳亚博网站下载米管，只能生成少量。尽管如此，费沃斯还是一次成功地制造了几克硅纳米纤维。

消除对金属电流收集器和非活性聚合物粘结剂的需求，转而使用硅等能量密集材料，将显著提高电动汽车的续航能力。

扎克·费沃斯，波恩工程学院的研究生

科学家们计划将硅纳米纤维集成到具有袋式电池格式的锂离子电池中，这是一种可用于便携式电子产品和电动汽车的更大规模的电池格式。

加州大学河滨分校技术商业化办公室已经为研究论文中报告的发明申请了专利。这项研究得到了Temiz能源技术公司的支持。