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美开发出性能优良的沙基锂离子电池

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来源: 作者: 2019-05-16 21:47:07

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示意图显示了沙子是怎样变成纯纳米硅的。

从左至右分别是未经提纯加工的沙子(b),提纯加工过的沙子(c)以及前两种沙子与纯纳米硅的对比(d)。

用沙子制成的新型锂离子电池。

美国加州大学河滨分校的科学家日前开发出一种新型锂离子电池,其性能和使用寿命比普通锂离子电池高出三倍以上。更让人称奇的是,制造这类电池所需的主要原料既不是什么“高大上”的石墨烯,也不是什么稀有珍贵的化合物,而是普通得不能再普通的沙子。研究人员称,新技术有望打破目前智能等电子产品所面临的电池瓶颈,让一天一充成为历史。相干论文发表在《自然·科学报告》杂志上。

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7月9日(北京时间)报道称,发明这种电池的是一位名叫扎卡里·费沃斯的年轻人,正在加州大学河滨分校攻读研究生。费沃斯称,他是半年前在加州圣克莱门特的一处海滩边冲浪时,萌生用沙子制造电池这一灵感的。他的主要研究方向是为个人电子产品和电动汽车开发出性能更好的锂离子电池,当时正在为新型电池寻觅理想的阳极材料。

目前绝大多数的锂离子电池都采取石墨作为阳极,但是随着科技的进步,石墨作为阳极的潜能几近已经被开发殆尽。不少科学家都开始寻找更好的替换材料,其中纳米尺度的硅就是重要的一种。但随后人们发现,传统方法制造出的纳米硅极易发生降解,且难以大规模生产,无法满足电池商业化生产的需要。

费沃斯希望由石英和二氧化硅构成的沙子能帮助他解决这两个难题。他将沙子带回了实验室,将它们研磨成纳米尺度大小,随后又进行了一系列纯化步骤,这些沙子逐渐从棕色变为了明亮的白色,就像绵白糖一样。而后,他又将盐和镁以同样的方法进行研磨,再将这三种物质混合起来进行加热。在加热的进程中盐和镁能够帮助石英去除氧,得到纯纳米硅。而让他欣喜的是,与传统工艺生产出的纯硅不同,这种纯纳米硅具有海绵一样的3D多孔结构,且极其稳定。这种多孔结构已经被证明是对旧情人总是特别狠心的星座
提高纳米硅电池性能的关键。

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电池可将目前电动汽车的预期寿命提高至少三倍以上。而如将其用于智能电池,则有望将一天1充变成三天一充。目前,费沃斯和他的团队正在试图用沙子生产出更多的纳米硅,并计划为等移动电子设备制造出体积更小容量更大的电池。

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