為了電動車續航增長10倍，這些科研黨竟然用“硅”做了電池的負極

滑鐵盧大學的研究人員開發了新一代電池技術，該技術可以生產穩定的小尺寸長壽命電池，除了便于安裝小型可穿戴設備外，還可以用于電動汽車。陳忠偉是滑鐵盧大學的化學工程師教授，也是整個項目的負責人。據說，以他為首的一群研究生所做的研究可以極大地提高電池的性能和使用壽命，與超市里的鋰離子電池相去甚遠。這項研究成果已發表在《自然通訊》雜志上。

陳忠偉（左二）和團隊成員

研究人員如何在減少電池尺寸的同時確保電池壽命長？答案是，他們使用硅作為電池的負極材料，解決了材料上的不足。

眾所周知，石墨作為鋰離子電池的負極材料已經使用了很長一段時間。然而，隨著電池技術的提高，材料本身逐漸成為電池性能發展的瓶頸。由于石墨的儲能能力已經達到上限，研究機構開始轉向尋找新的陽極材料，其中之一就是使用硅作為電池陰極。

從理論上講，硅材料的比容量遠大于石墨材料的比電容。比容量的值直接反映了單位重量電池可以放電的電量。目前，商用鋰離子電池中廣泛使用的陽極活性材料是石墨，其比容量約為360mAh/g。。滑鐵盧大學選擇的硅材料的理論比容量達到4200mAh/g，是石墨的10倍多。陳忠偉說，這意味著電動汽車一次充電可以續航500公里，而且比現在的電動汽車電池更小、更輕，可以減輕車身重量。

然而，使用硅作為電池負極材料的嘗試不在少數，而迄今為止尚未得到廣泛應用的原因在于一些技術困難。眾所周知，電池的負極材料也與電池的安全性密切相關，而硅負極材料的缺點是安全性差，充放電容量變化大。硅材料每次充放電時的體積收縮率和膨脹率高達300%。每當體積增加和減少時，就會形成裂縫，從而降低電池的性能，導致短路，最終導致電池停止工作。

這也是滑鐵盧大學的研究人員在開發使用硅材料的電池時應該關注的問題。陳教授的團隊與通用汽車全球研發中心合作開發了硅電極的熱處理技術，該技術可以最大限度地減少充電過程中的體積膨脹，從而提高電池的性能和鋰離子電池的循環充放電過程。這種熱處理技術創造了硅負極的獨特結構，隨著電池能量容量的提高，充電和放電循環可以增加到2000次。

硅陽極電池是陳教授的一個研究課題。他說，這種電池技術有商業化大規模生產的可能性，研究團隊希望在明年之前看到新的電池進入市場。他的團隊研究的主要項目包括開發具有獨特納米材料的新一代清潔和可持續能源技術。此外，他們還關注金屬空氣電池、鋰硫電池和各種類型的液流電池。滑鐵盧大學的研究人員開發了新一代電池技術，該技術可以生產穩定的小尺寸長壽命電池，除了便于安裝小型可穿戴設備外，還可以用于電動汽車。陳忠偉是滑鐵盧大學的化學工程師教授，也是整個項目的負責人。據說，以他為首的一群研究生所做的研究可以極大地提高電池的性能和使用壽命，與超市里的鋰離子電池相去甚遠。這項研究成果已發表在《自然通訊》雜志上。

陳忠偉（左二）和團隊成員

研究人員如何在減少電池尺寸的同時確保電池壽命長？答案是他們我們……

硅作為電池的負極材料，解決了材料上的不足。

眾所周知，石墨作為鋰離子電池的負極材料已經使用了很長一段時間。然而，隨著電池技術的提高，材料本身逐漸成為電池性能發展的瓶頸。由于石墨的儲能能力已經達到上限，研究機構開始轉向尋找新的陽極材料，其中之一就是使用硅作為電池陰極。

從理論上講，硅材料的比容量遠大于石墨材料的比電容。比容量的值直接反映了單位重量電池可以放電的電量。目前，商用鋰離子電池中廣泛使用的陽極活性材料是石墨，其比容量約為360mAh/g。。滑鐵盧大學選擇的硅材料的理論比容量達到4200mAh/g，是石墨的10倍多。陳忠偉說，這意味著電動汽車一次充電可以續航500公里，而且比現在的電動汽車電池更小、更輕，可以減輕車身重量。

然而，使用硅作為電池負極材料的嘗試不在少數，而迄今為止尚未得到廣泛應用的原因在于一些技術困難。眾所周知，電池的負極材料也與電池的安全性密切相關，而硅負極材料的缺點是安全性差，充放電容量變化大。硅材料每次充放電時的體積收縮率和膨脹率高達300%。每當體積增加和減少時，就會形成裂縫，從而降低電池的性能，導致短路，最終導致電池停止工作。

這也是滑鐵盧大學的研究人員在開發使用硅材料的電池時應該關注的問題。陳教授的團隊與通用汽車全球研發中心合作開發了硅電極的熱處理技術，該技術可以最大限度地減少充電過程中的體積膨脹，從而提高電池的性能和鋰離子電池的循環充放電過程。這種熱處理技術創造了硅負極的獨特結構，隨著電池能量容量的提高，充電和放電循環可以增加到2000次。

硅陽極電池是陳教授的一個研究課題。他說，這種電池技術有商業化大規模生產的可能性，研究團隊希望在明年之前看到新的電池進入市場。他的團隊研究的主要項目包括開發具有獨特納米材料的新一代清潔和可持續能源技術。此外，他們還關注金屬空氣電池、鋰硫電池和各種類型的液流電池。

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