作者：Jean-Jacques DeLisle，特約撰稿人

毫不奇怪，下一代電動便攜式設備、車輛和關鍵電池存儲系統將需要對當前的鋰離子電池技術進行重大升級。盡管當今的鋰技術提供了高輸出功率和良好的功率密度，但電池在使用過程中承受的壓力會導致損壞，隨著時間的推移容量會降低，并且偶爾會導致致命的故障，最終導致火災。

伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校 (UIUC) 的研究人員正在探索一種包含這些破壞性材料趨勢的研究途徑，并正在利用硅基陽極和自愈納米顆粒復合粘合劑將硅陽極的優勢帶入電池，而無需硅的脆弱性的缺點。

“硅是一種非常有趣的材料，”該項目的首席研究員、UIUC 材料科學與工程教授 Nancy Sottos 分享道。“它也非常豐富，相對便宜，對環境無害，而且硅可以儲存更多的鋰，因此你可以獲得非常高的硅理論容量。”

材料科學與工程教授 Nancy Sottos（右）和 UIUC 航空航天工程教授 Scott White（左）領導了一個研究小組，研究開發具有硅基陽極的自愈電池的方法。（L. Brian Stauffer/伊利諾伊大學）

在目前的鋰離子電池中，陽極是由石墨構成的，它比硅能容納更少的電子。然而，在充放電循環期間，石墨僅膨脹約 6%，而硅膨脹高達 400%，這會導致開裂和逐漸失效。一種稍微成功的緩解這種劣化的技術是在膠接復合陽極中使用硅片，盡管之前的研究中的膠合嘗試只是導致膠變弱和硅片分離。UIUC 的研究人員發現，引入納米顆粒復合材料作為粘合劑可能無法解決分離過程，但這些材料可以在剝離后建立粘合——最終自我修復。

“當它充電時，如果 [鍵] 拉開并脫鍵——這通常會導致電氣連接丟失——基本上，這些鍵會重新形成，使接口再次響起，”Sottos 詳細說。“你將繼續擁有高性能的電極。”

UIUC 研究小組在 Advanced Energy Materials 雜志上發表了這項研究，他們分享了他們的發現，即這種新技術可以在 400 個充電周期內保持 80% 的起始容量。與鋰離子技術相比，這在 400 次循環后容量增加了近 400%。

幸運或不幸的是，UIUC儲能研究團隊在儲能領域面臨著廣泛的研究和產業競爭。其他儲能技術有許多研究領域，例如燃料電池和超級電容器，并且許多團體研究技術以增強多產的鋰離子電池。

“電池領域的早期創新研究供過于求，”Energy Foundry 的董事總經理 Sara Chamberlain 分享道，該公司為芝加哥的早期能源初創公司提供了大約 2500 萬美元的常青風險基金。“而且投資資金短缺。”

由于缺乏資金，目前這導致許多有前途的技術被提出。盡管如此，更好的儲能技術的未來看起來確實是光明的，因為電池的競爭格局可能會產生更高容量、更可靠和更安全的電池，為我們的生活提供動力。

資料來源：芝加哥論壇報、中西部能源新聞

審核編輯 黃昊宇