南加州大學(xué)維特比教授周崇和研究團(tuán)隊開發(fā)價格便宜，性能更好的硅陽極，硫系正極的鋰電池
研究人員在工程的南加州大學(xué)維特比學(xué)院已經(jīng)提高了用于陽極和陰極（負(fù)極和正極，分別）開發(fā)性能更好，更便宜的材料的性能和鋰電池的容量。
鋰離子電池是可充電電池的便攜式電子設(shè)備和電動或混合動力汽車中常見的一種普及型。 傳統(tǒng)上，鋰離子電池中含有石墨陽極，但硅近來成為一種很有前途的陽極代替，因為它是地球上第二個最豐富的元素，具有每克容量（mah / g）的3600毫安時的理論容量，近10石墨倍的容量。 鋰離子電池的容量是由許多鋰離子如何被存儲在所述陰極和陽極確定。 在陽極使用硅增加了電池的容量顯著，因為一個硅原子上可以結(jié)合起來，以3.75的鋰離子，而用石墨陽極，需要為每一個鋰原子6個碳原子。
南加州大學(xué)維特比小組開發(fā)了一種經(jīng)濟(jì)有效的（因此商業(yè)上可行），硅陽極與上述1100毫安時/克的穩(wěn)定能力，延長600個周期，使得他們的陽極近三倍更強大和更持久比一個典型的商業(yè)陽極。
直到最近，成功實現(xiàn)鋰離子電池的硅陽極面臨的一大障礙。電極的嚴(yán)重粉碎，由于發(fā)生與使用硅的體積膨脹和收縮去年的帶領(lǐng)下，南加州大學(xué)的同一個團(tuán)隊維特電氣工程教授周崇武開發(fā)一個成功的陽極設(shè)計采用多孔硅納米線，讓該材料膨脹和收縮而不會破壞，有效地解決了粉碎的問題。
該解決方案產(chǎn)生了新的問題，但是：生產(chǎn)納米硅的方法是為商業(yè)應(yīng)用昂貴。 偏向虎山行，研究生明遠(yuǎn)閣以及建立在他們以前的工作發(fā)展，通過球磨和染色蝕刻的簡單而廉價的方法制備多孔硅顆粒具有成本效益的方法，周氏團(tuán)隊的其他成員。
“我們生產(chǎn)的納米多孔硅陽極的方法是低成本，可擴展的大規(guī)模生產(chǎn)在工業(yè)制造，這使得硅有前途的正極材料為新一代的鋰離子電池，”周說。 “我們相信這是最有前途的方法來應(yīng)用硅陽極的鋰離子電池，以提高容量和性能?！?
此外，研究生界鵬榮和其他團(tuán)隊成員開發(fā)的涂層，硫磺粉與氧化石墨烯提高鋰硫電池性能的方法。 硫一直是一種很有前途的陰極候選由于它的高理論容量，這比傳統(tǒng)的金屬氧化物或磷酸鹽陰極大于10倍以上多年。 硫元素也相當(dāng)豐富，價格便宜，并具有低毒性。 然而，硫磺的實際應(yīng)用已經(jīng)大大的挑戰(zhàn)，包括導(dǎo)電性差和可循環(huán)性差的阻礙，這意味著電池斷電以后每次充電和再充電的一個較低的數(shù)字后死亡。
他們的研究表明，石墨烯氧化物涂層過硫可以解決這兩個問題。 氧化石墨具有獨特的性能，如高的比表面積，化學(xué)穩(wěn)定性，機械強度和柔韌性，因此被普遍用于涂覆芯材料的產(chǎn)品，如傳感器或太陽能電池來提高它們的性能。 該球隊的石墨烯氧化物涂層提高了硫陰極的容量為800毫安時/克為1000個循環(huán)的充電/放電，這是對商業(yè)陰極的5倍的容量。
周和他的團(tuán)隊最近發(fā)表了他們的硅陽極結(jié)果納米快報[1]。 該文件是協(xié)同合作的項目周，南加州大學(xué)維特比研究生明遠(yuǎn)閣，界鵬榮，和鑫方，以及馬修·梅克倫堡從中心的電子顯微鏡和微量分析在南加州大學(xué)，和研究人員來自中國的浙江大學(xué)和勞倫斯伯克利國家實驗室。 另外，周蓉，ge和方亦刊載于他們的方法會導(dǎo)致納米快報方便地制作石墨烯涂層的硫陰極的鋰離子電池[2]。
現(xiàn)在，他們分開的負(fù)極和正極的測試都取得了優(yōu)異的成績，球隊現(xiàn)在正在一起測試他們在一個完整的電池。他們將下一個集成在硅陽極與陰極硫，以及其它傳統(tǒng)的陰極材料中，為了最大限度地提高鋰離子電池的容量和整體性能。
“據(jù)我們所知道的，我們的技術(shù)，同時與硅陽極和陰極的硫是最符合成本效益的解決方案之一，因此顯露才華的商業(yè)化，使新一代的鋰離子電池供電的便攜式電子產(chǎn)品和電動汽車，“南加州大學(xué)維特比研究生蓉說。