高能锂电池让生活更轻松(图)

与传统石墨电极相比，硅纳米丝能够储存相当于前者10倍的电荷

　　尽管笔记本电脑和其他电子装置的研制在这些年来取得了长足的进步，但是为计算机提供电力的电池却一直没有什么改观。如今，纳米技术的一项新进展有望改变这一切。研究人员报告说，由微小的硅晶须制成的锂离子电池能够储存相当于传统充电电池10倍的电量。原则上，这项新技术能够让笔记本电脑连续运行几天时间；在一次充电后，能够使电动车行驶数百公里，但是这一技术在走向市场之前，还需要克服一些关键的屏障。

　　这项技术的重点在于增加了电池正电子电极——阳极——所能携带的电子。当一个电池进行充电时，一个带正电荷的锂离子能够夺取由电源提供的一个电子，并且向阳极转移。当电池放电时，锂离子便会放弃这些额外的电子，向与电池相连的设备提供电力，同时这些锂离子也会通过一种传导凝胶向阴极——负电子电极——转移。目前的阳极是由碳原子层构成的，大约每6个碳原子能够与1个锂离子结合。而硅却有可能做得更好——每1个硅原子能够与4个锂离子结合。但是当研究人员用硅薄膜或颗粒制成阳极时，大量旋离的锂原子会摧毁这些硅，同时使其与下面的金属基片分离，最终降低了电池的功效。

　　美国斯坦福大学材料科学家Yi Cui和同事研究发现，用晶须一样的硅丝制成的阳极却能够有出色的表现。利用一项一流技术，研究人员在一个不锈钢基片上直接黏合了一层硅纳米丝。他们随后加载了一种普通电解液和顶部电极，并通过一系列测试评估这种电池的功效。结果显示，碳纳米丝依然会膨胀和收缩，但它们不会从基片上脱离。Cui指出，这项技术的关键在于，纳米丝的形状保证了硅原子的点阵能够穿过晶须而呈放射状的膨胀与收缩，从而减轻了由此积聚的张力，最终使得硅纳米丝能够牢固地黏附在金属基片上。在此基础上，Cui的研究小组发现，与传统的石墨阳极相比，他们研制的阳极材料能够捕获到前者10倍的电荷。Cui和他的研究小组在最近的英国《自然—纳米技术》杂志网络版上报告了这一研究成果。

　　美国剑桥市麻省理工学院的材料科学家、电池专家Gerbrand Ceder认为：“这项工作很好地证明了这一理论。”Ceder指出，制造能够捕获10倍电荷的锂离子电池同时还需要一个能够捕获10倍电荷的阴极。他强调，合并一个硅纳米丝阳极能够使电池制造商减少阳极的重量和体积，从而在电池中增加更多的阴极材料，这将极大推动锂电池的发展。这一切可能会让我们的生活变得更为轻松。