如果它的電極可儲(chǔ)存更多的電荷，鋰離子電池就可持續(xù)更長的時(shí)間。韓國研究人員現(xiàn)在制成一種新型陽極，與電池中使用的傳統(tǒng)石墨陽極相比，可多存儲(chǔ)三倍以上的電荷。
 鍺增容：用于鋰離子電池陽極的鍺納米管，用一種新技術(shù)制造，可以增加電池充電容量，縮短充電時(shí)間。 來源：麻省理工科技創(chuàng)業(yè) |
這種新陽極是由鍺納米管制成。充放電速度比先前報(bào)道的硅陽極快五倍，可持續(xù)兩倍多的充電周期，而且更容易制作。它400個(gè)循環(huán)的使用壽命可以匹配石墨，對于便攜式電子產(chǎn)品電池而言是足夠長的，趙•建非爾（Jaephil Cho）說，他是韓國的蔚山國家科學(xué)技術(shù)研究所（Ulsan National Institute of Science and Technology）的研究員，他領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)新的工作。“這些陽極可滿足鋰離子電池的實(shí)際要求，”趙•建非爾說。
趙•建非爾與LG化學(xué)公司（LG Chem）的研究人員合作，這家韓國公司制造雪佛蘭Volt使用的鋰離子電池。他們的研究結(jié)果不久將發(fā)表在網(wǎng)上的《應(yīng)用化學(xué)》（Angewandte Chemie）雜志上。這些研究人員也在研究硅納米管陽極。
這些進(jìn)展是LG化學(xué)公司更廣泛的推進(jìn)的一部分，是要開發(fā)更好的陽極材料，用于更高容量的電池。“該公司正在尋求技術(shù)突破，使用硅和鍺材料制備鋰離子電池陽極，” 趙•建非爾說。
鋰離子電池充電和放電，需要使鋰離子流入和流出陽極。電極可以堆積的鋰越多，電池可以儲(chǔ)存的能量就越多。在理論上，與同樣重的石墨相比，硅和鍺可存儲(chǔ)約14倍的電荷。到目前為止，硅一直是陽極的主要競爭者，因?yàn)樗阋?，但晶體硅反復(fù)膨脹和收縮就會(huì)分解。
納米結(jié)構(gòu)的材料可以更好地承受體積變化的壓力，因此，研究人員和極少數(shù)新創(chuàng)公司在制備陽極時(shí)，采用硅納米線、納米管和多孔納米粒子。其中，納米管具有最好的充電容量，趙•建非爾說。
但是，硅納米管陽極的缺點(diǎn)在于它們循環(huán)壽命低：它們通常只能保持其容量200個(gè)周期。鍺納米管不僅持續(xù)時(shí)間更長，而且充放電速度更快，因?yàn)殇囯x子通過鍺擴(kuò)散更迅速。
“循環(huán)壽命是制備實(shí)用陽極的關(guān)鍵參數(shù)之一，”斯坦福大學(xué)（Stanford University）材料科學(xué)教授崔毅（Yi Cui）說，他的新創(chuàng)公司安普留斯公司（Amprius）正在商業(yè)化硅納米線陽極電池。“作為一個(gè)初步示范，這是非常令人印象深刻的，”崔毅說。但是，他警告說，鍺成本較高，這可能是一個(gè)限制。
趙•建非爾認(rèn)為，對鍺陽極興趣的增加，會(huì)導(dǎo)致這種材料成本的下降。“鍺是一種豐富的元素，目前價(jià)格得以維持，是因?yàn)樾枨蟛蛔悖?rdquo;他說。“在實(shí)際電池中使用鍺的障礙是成本，但是，一旦大型電池制造商要用它作為陽極候選替代材料，我相信它的成本會(huì)下降。”
研究人員制作這種納米管，需要把銻（antimony）包裹的鍺納米線加熱到700°C，要加熱五個(gè)小時(shí)。鍺原子向外擴(kuò)散，形成中空的納米管，管壁有40納米厚。這個(gè)工藝應(yīng)該很容易升級(jí)到大量生產(chǎn)，而且也可用于硅，趙•建非爾說。更重要的是，不像合成硅和其他納米管時(shí)通常采用的方法，這種方法產(chǎn)量高，會(huì)產(chǎn)生均勻的納米管。
趙•建非爾繼續(xù)與LG化學(xué)公司和其他韓國公司合作，研制多孔硅納米粒子陽極。同時(shí)，崔毅和其他人都在探索各種新的陰極材料，這種材料現(xiàn)在的能量密度比陽極低得多，限制了電池的總體充電容量。
