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可充电硅电池,硅在电池放电过程中溶解,充电后沉积元素硅
2022年08月01日    新闻来源:中国机械网 okmao.com    |  投稿

来自Technion的一组研究人员鈥揑srael理工学院开发了一种新型可充电硅电池的概念验证,以及使硅能够可逆放电和充电的设计和架构。在材料科学与工程学院Yair Ein Eli教授的带领下,该团队通过研究生Alon Epstein的系统实验工作和Igor Baskin博士的理论研究证明,硅在电池放电过程中溶解,充电后沉积元素硅。利用重掺杂n型硅晶片阳极和专门设计的混合型离子液体电解质,利用卤化物(溴和碘)定制,作为转换阴极,实现了几次放电充电循环中国机械网okmao.com


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这一突破可能为丰富储能“超市”技术上可用的电池技术铺平道路,缓解不断增长的市场和对充电电池的需求。导致这一突破的发展对可持续能源需求的增加促使科学界将重点放在能够以可管理和可靠的方式存储大规模电网能量的电池研究上。此外,电动汽车行业主要依赖当前的锂离子电池(LIB)技术,其不断增长的需求预计将使当前的锂生产变得紧张,并使其无法作为便携式消费电子产品更广泛地使用。目前,没有任何技术被证明具有足够的竞争力来取代LIB。长期以来,能够在氧化过程中传递多电子的金属和元素因其相关的高比能密度而成为研究界的焦点。


镁、钙、铝和锌作为潜在的阳极材料受到了广泛关注,并取得了不同程度的进展;然而,由于所有这些系统都存在动力学性能差、电池稳定性差等问题,因此没有一个系统能够在LIB之外彻底改变储能行业,因此,还有很多有待探索。尽管硅的能量密度高达8.4 kWh kg-1,与金属锂的能量密度11.2 kWh kg-1相当,但作为地壳中第二丰富的元素(仅次于氧)仍相对未被开发;Si具有稳定的表面钝化、低电导率(取决于掺杂水平),迄今为止,在LIB合金阳极之外,还没有报道将元素Si作为活性阳极的既定可充电电池化学。


在过去十年中,几份出版物(最初由Ein Eli教授于2009年提出)报告了在一次非充电空气电池设计中引入活性硅阳极的情况。因此,尽管其丰度高且易于生产,但直到该团队最近取得突破,才探索将硅用作活性多价可再充电阳极的可能性。

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