中國儲能網(wǎng)訊：手機電池帶電超過一周，每次充電只需15分鐘。美國西北大學的研究人員讓我們離這個夢想又進了一步。據(jù)美國物理學家組織網(wǎng)11月15日（北京時間）報道，該校的工程師研制出一種針對鋰離子電池的電極，允許電池保有比現(xiàn)有技術高10倍的電量，更可使帶有新電極的電池充電率提升10倍。相關研究報告發(fā)表在近期出版的《先進能源材料》雜志上。
儲電量和充電率是兩個主要的電池局限。儲電量受限于電荷密度，即電池的兩極能容納多少鋰離子。充電率則受限于鋰離子從電解液到達負極的速度。
現(xiàn)有鋰電池的負極由碳基的石墨烯片層層堆積而成，一個鋰原子只能適配6個碳原子。為了增加儲電量，科學家曾嘗試利用硅代替碳，以使硅可以適配更多鋰，達到4個鋰原子對應1個硅原子。然而，硅會在充電過程中顯著擴展和縮小，從而引起充電容量的快速破裂和遺失。而石墨烯片的形狀也會制約電池的充電率，它們雖只有一個碳原子厚，但卻很長。由于鋰移動到石墨烯片中間需要耗費很長時間，離子“交通堵塞”的情況在石墨烯片的邊緣時有發(fā)生。
現(xiàn)在，研究團隊結合兩種技術解決了上述問題。首先為了穩(wěn)定硅以保持最大的充電容量，他們在石墨烯片之間加入硅簇，利用石墨烯片的彈性配合電池使用中硅原子數(shù)量的變化，使得大量鋰原子存儲于電極中。硅簇的添加可使能量密度更高，同時也能降低因硅擴展和縮小引發(fā)的充電容量損失，可謂兩全其美。
研究小組還利用化學氧化過程在石墨烯片上制造了10納米至20納米微孔，稱之為“面缺陷”，因此鋰離子將會沿此捷徑到達負極，并通過與硅發(fā)生反應，存儲在負極。這將使電池的充電時間縮短10倍。
論文主要作者哈羅德·H·孔（音譯）表示，新技術能使鋰離子電池的充電壽命延長10倍，即使在充電150次后，電池能效仍是現(xiàn)有鋰離子電池的5倍。這一技術有望在未來3至5年內(nèi)進入市場。
石墨烯問世不到十年，不僅幫助它的兩位發(fā)明人拿下諾貝爾獎，而且飛速進入各種應用領域，比如電池的電極。本次美國科學家嘗試成功的新工藝，大大改善了石墨烯的表現(xiàn)，幫助鋰離子電池這一早就應用于日常電器的關鍵部件，突破徘徊已久的能量密度瓶頸。這甚至預示著新一代的能量儲存系統(tǒng)——充電時間縮短十倍、儲能增加十倍，讓鋰電池向完美電源的理想又邁出一步。假如類似原理的新型電池能盡快安裝在汽車上，電動汽車走向市場的最大癥結或將迎刃而解。
