中國儲能網(wǎng)訊：記者從寧波大學獲悉，該校物理科學與技術學院教授陳王華團隊聯(lián)合寧波工程學院和寧波東方理工大學團隊，在全固態(tài)鋰電池負極材料領域取得重要進展。該研究通過模擬自然界的“呼吸”機制，首次研發(fā)出一種具有三維“透氣”結構的硅納米線負極，為開發(fā)硅負極全固態(tài)鋰電池提供了新的技術路徑。相關成果日前發(fā)表于國際期刊《能源存儲材料》。
全固態(tài)鋰電池因更高的安全性、更強的能量密度以及更出色的循環(huán)性能，被認為是下一代電池技術的“終極目標”。硅憑借超高的理論容量和良好的化學兼容性，被視為全固態(tài)電池中最具潛力的負極材料之一。
“硅的儲能潛力巨大，是傳統(tǒng)商用石墨負極的10倍。然而，在充電吸收鋰離子時，硅的體積會劇烈膨脹3倍以上。隨著充放電循環(huán)，硅會像不斷吹大又縮小的氣球，最終因‘體力不支’粉碎脫落，進而影響電池壽命。”陳王華介紹，硅在充放電過程中巨大的體積膨脹會導致嚴重的機械應力、界面脫離及電化學性能快速衰減，限制了其在大規(guī)模鋰電池中的實際應用。
科研團隊利用等離子體增強化學氣相沉積技術，創(chuàng)新性地設計并制備了一種電流集流體一體化的三維柱狀硅架構，使其具備獨特的“雙相”核殼結構。研究顯示，該柱狀硅負極表現(xiàn)出卓越的電化學性能和實用性。實驗證明，該電池在彎折甚至剪刀裁剪的情況下仍能持續(xù)供電，展現(xiàn)出極高的機械魯棒性和安全性。
“我們讓硅像森林里的樹木一樣，一根根‘立’在集流體上，并且相互交織形成三維網(wǎng)絡。這些納米線之間留有豐富的空隙，就像給電池內部安裝了無數(shù)個‘呼吸閥’?！标愅跞A說，當鋰離子涌入時，硅納米線可以向這些預留的空隙處擴張，而不會擠壞周圍的電解質。（記者夏凡 通訊員邵一鳴）
