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加拿大研發(fā)大容量硅基鋰離子電池

加拿大阿爾伯塔大學（University of Alberta）在硅基鋰離子電池的研究上取得關(guān)鍵性進展， 其所制備的電池容量是現(xiàn)有電池的10 倍。阿大化學教授兼加拿大能源納米材料研究員Jillian Buriak 向記者介紹：“我們試圖考察不同尺寸的硅納米粒子對電池內(nèi)部的壓裂會產(chǎn)生怎樣的影響。 ”

硅材料有望制備容量更高的電池， 與現(xiàn)有的鋰離子電池中使用的石墨相比， 硅材料能夠吸收更多的鋰離子。但是再多次充放電循環(huán)過程中，硅材料自身會隨著鋰離子的吸收和釋放而膨脹和收縮， 因此很容易發(fā)生斷裂。

已知研究表明，將硅制成納米級顆粒，加工成線材或管材后可有效防止破裂。 阿大的研究團隊基于此展開研究， 試圖弄清在怎樣的尺度下才能最大限度發(fā)揮硅材料的優(yōu)勢，同時盡量減少缺點。研究者將4 種不同尺寸（3、5、8、15 nm）的硅納米粒子均勻分散在高導(dǎo)電性的石墨烯氣凝膠中， 該氣凝膠對硅的低導(dǎo)電率有一定的補償作用。研究發(fā)現(xiàn)，粒徑最小的硅納米粒子（3 nm）經(jīng)500 次充放電循環(huán)后表現(xiàn)出良好穩(wěn)定的特性，比電容為1 100 mA·h/g 左右，電池容量超過90%。

研究員描述，“比如一輛車的電池尺寸與特斯拉相同，但是續(xù)航能力是對方的10 倍，或者充電次數(shù)以及電池質(zhì)量是對方的1/10。 ”

阿大研究團隊接下來的目標是開發(fā)出一種更為高效、成本更加低廉的硅納米粒子制備工藝，以實現(xiàn)和工業(yè)化、 商業(yè)化的對接。 相關(guān)文章資料請參閱《Chemistry of Materials》2018，30（21）：7782-7792。

賈磊譯自Phys.org.2019-01-15

全固體電解質(zhì)，助力鋁離子電池成未來新貴？

隨著電子產(chǎn)品、電動汽車需求的日益增長，市場對充電電池的需求也日趨旺盛。 傳統(tǒng)充電電池的電解質(zhì)為液體， 該介質(zhì)有助于離子從一個電極傳輸?shù)搅硪粋€電極。由于電解質(zhì)由有機分子制成，因此其具有易燃和易揮發(fā)的特性， 由此為充電電池的使用帶來不小的安全隱患。

針對于此，來自于美國紐約州雪城大學（Syracuse University）的Hosein 研究團隊成功開發(fā)出了一種面向鋁離子充電電池的新型固體電解質(zhì)。 該電解質(zhì)由十分柔軟的聚合物制成，它允許鋁離子自由通過，同時自身堅韌的結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的耐熱性和耐磨性。 將鋁鹽（如硝酸鋁）溶解在聚合物主體中，可使該聚合物充當起鋁離子電解質(zhì)的角色。

在通常的認識里，鹽類較易溶解在液體中。事實上許多聚合物固體材料也可以溶解鹽， 因為聚合物的主鏈具有能夠?qū)Ⅺ}解離為陽離子和陰離子的功能。它在固定陰離子的同時，允許陽離子自由穿過聚合物固體材料，由此實現(xiàn)了電池內(nèi)的電荷傳輸。實驗測試表明， 該固體聚合物電解質(zhì)具有與液體電解質(zhì)相同的導(dǎo)電性，在150 ℃的高溫測試條件下，仍能穩(wěn)定安全地正常工作。

在此之前，Hosein 團隊一直在推進全固態(tài)鋁離子電池的研究工作，全固態(tài)電解質(zhì)的成功研發(fā)，無疑是此類電池走向成功的至為關(guān)鍵的一步。

鋁離子電池具有和鋰離子電池相同的組成結(jié)構(gòu)， 但是卻擁有許多鋰電池所不能比擬的優(yōu)點。 首先，鋁是地球中富含量第三豐富的金屬元素，獲取便捷且成本低廉。與之相對，鋰在地殼中的含量排名第27 位，儲量和成本均不占優(yōu)勢。 其次，相比而言，鋁離子電池具有更高的電壓，能儲存更多的能量，并提供更大的電流。測試表明，鋁離子電池容量是鋰離子電池的4 倍，這是因為鋁可形成多價離子，攜帶電荷是鋰離子的3 倍。

研究人員認為，在后鋰離子電池時代，鋁離子電池有望成為極具競爭力的下一代儲存介質(zhì)。 本研究相關(guān)論文（A solid polymer electrolyte for aluminum ion conduction）發(fā) 表 在《Results in Physics》上（Vol.10，2018，529-531）。

賈磊譯自Science Trends.2019-01-02

中俄聯(lián)合團隊實現(xiàn)鋰電池容量15%提升

來自俄羅斯圣彼得堡彼得大帝理工大學（SPbPU）的消息，中俄兩國研究團隊通過技術(shù)攻關(guān)，成功實現(xiàn)將鋰電池容量提升15%，這項研究成果在第6 屆中國(青島)鋰電新能源產(chǎn)業(yè)國際高峰論壇上得到證實。

據(jù)介紹， 研究團隊通過向電池負極添加固體電解質(zhì)來提高效率（如圖），固體電解質(zhì)由SPbPU 的碩士生Daniil Alexandrov 合成得到。 與液體電解質(zhì)相比， 使用固體電解質(zhì)制得的鋰電池不僅電池容量得到提升，其質(zhì)量也進一步減輕。

該電池研究成果誕生于浙江長興中-俄新能源材料技術(shù)研究院。 該研究院于2016 年成立，是SPbPU 與英納威（浙江）新能源新材料有限公司聯(lián)合共建的一所國際化高規(guī)格技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新平臺， 總投資2 億元人民幣。

中俄新能源材料技術(shù)研究院院長王慶生介紹，“中俄研究院將鋰電池負極材料和功能添加劑的改進作為其中一項主業(yè)， 并致力于技能技術(shù)、 清潔能源、電力運輸?shù)确矫娴母倪M提升，以促進‘綠色技術(shù)’更好地融入現(xiàn)實生活。 ”