中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：從理論上講，硅的蓄電量是石墨的10倍，但是在實(shí)際運(yùn)用中硅還不是很穩(wěn)定。
據(jù)外媒近日?qǐng)?bào)道，研究人員發(fā)現(xiàn)一種用于鋰離子電池的新型粘合劑，該物質(zhì)不僅能夠提高能源儲(chǔ)存效率，同時(shí)還能減少有毒物質(zhì)在電池組件中的使用。
這種被稱作藻酸鹽的物質(zhì)是從普通、容易繁殖的褐色海藻中提取。根據(jù)現(xiàn)在的測(cè)試，藻酸鹽能有效提高儲(chǔ)電量。這個(gè)新發(fā)現(xiàn)是由喬治亞技術(shù)學(xué)院和克萊姆森大學(xué)共同研發(fā)。喬治亞技術(shù)學(xué)院助理教授格雷伯表示，通過(guò)藻酸鹽，我們可以研發(fā)出造價(jià)低、儲(chǔ)能高的電池，同時(shí)電池運(yùn)行時(shí)間也將延長(zhǎng)。這種新電池有望為構(gòu)筑更為節(jié)能高效的經(jīng)濟(jì)作出巨大貢獻(xiàn)，因?yàn)檫@將應(yīng)用在電動(dòng)汽車、互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)電話上，電池的運(yùn)行時(shí)間將因此延長(zhǎng)，而這些技術(shù)都有利于環(huán)境保護(hù)。
科學(xué)家希望能提高電池中粘合劑的效能。粘結(jié)劑是鋰離子電池中的輔助材料，它是用來(lái)將電極活性物質(zhì)粘附在電極集流體上的高分子化合物。對(duì)于在充放電過(guò)程中體積會(huì)膨脹收縮的鋰離子蓄電池正負(fù)極來(lái)說(shuō)，要求粘合劑對(duì)此能夠起到一定的緩沖作用，因此選擇一種合適的粘合劑很重要。目前，工業(yè)上普遍采用聚偏氟乙烯（PVDF）的鋰離子蓄電池的粘結(jié)劑，N-甲基砒咯烷酮做分散劑（NMP）。由于NMP價(jià)格較貴，揮發(fā)溫度較高，而且有機(jī)溶劑的揮發(fā)會(huì)造成一定的環(huán)境污染，于是人們嘗試其他粘結(jié)劑。
現(xiàn)有鋰離子電池的陽(yáng)極材料以石墨化碳材料為主，從理論上來(lái)講，硅的蓄電量是石墨的10倍，但是硅的陽(yáng)極在實(shí)際運(yùn)用中還不是很穩(wěn)定。對(duì)于粘合劑的挑戰(zhàn)，其中之一就是未來(lái)用在電池中的陽(yáng)極必須允許硅納米粒子的膨脹收縮，并且現(xiàn)有電極是用聚偏氟乙烯作為粘合劑，這是用一種有毒的溶劑制成的。對(duì)比聚偏氟乙烯，藻酸鹽的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，在制造陽(yáng)極時(shí)，藻酸鹽可溶解在水中，這就不需要用甲基吡咯烷酮，有可能形成一種更清潔的生產(chǎn)工藝。研究人員認(rèn)為，粘結(jié)劑可以集成到現(xiàn)有的陽(yáng)極制造系統(tǒng)，只需把聚偏氟乙烯和甲基吡咯烷酮必需品替換為藻酸鹽和水。藻酸鹽也可以用來(lái)改善石墨陽(yáng)極的性能，帶來(lái)更多的充電和放電循環(huán)，延長(zhǎng)電池使用壽命。
找到合適的物質(zhì)是提高鋰離子電池性能的關(guān)鍵一步，這樣才能走向大規(guī)模的應(yīng)用，從汽車到手機(jī)。輕量級(jí)受歡迎的電池是通過(guò)在電解質(zhì)中兩極中傳遞鋰離子來(lái)實(shí)現(xiàn)電力供應(yīng)的。在充電和用電過(guò)程中，如果鋰離子能夠更高效地往返于兩極，電池的蓄電力將更優(yōu)秀?？巳R姆森大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授克雷門森表示：“我們目前正在尋找這種天然的物質(zhì)，比如那些在富含高粒子鹽水中生長(zhǎng)的水生植物，由于電池中的電極沉浸在液體的電解質(zhì)中，我們感覺(jué)到這種水生植物，特別是在特種鹽水中生長(zhǎng)的水生植物，是自然粘合劑的很好代表?！?
由于海水富含離子, 研究人員認(rèn)為藻酸鹽是完美的天然粘合劑。測(cè)試證明,從褐色海藻中提取的藻酸鹽確實(shí)可以作為粘合劑用在硅陽(yáng)極上。通過(guò)沸騰的蘇打水就可以完成提取過(guò)程, 這使得儲(chǔ)能成本降低，同時(shí)，存儲(chǔ)能量也大幅提高，由于藻酸鹽可溶于水, 這意味著生產(chǎn)過(guò)程會(huì)更加清潔。藻酸鹽成本低廉，目前已經(jīng)用于食品、醫(yī)藥制備、造紙和其他行業(yè)中。因?yàn)樵逅猁}所分布的羧基群很有序，雖然向羧甲基纖維素也可以產(chǎn)生羧基群，但是由于成本高，且分布不均勻，因此受歡迎程度不高。
據(jù)悉，在研究人員開發(fā)出可匹配的陰極之前，硅陽(yáng)極的潛力不可能被充分發(fā)揮，這種陰極能夠處理相同數(shù)量的鋰離子。不過(guò)，即使用現(xiàn)有的陰極，褐藻膠-硅陽(yáng)極也可使鋰離子電池容量增加30％至40％。
