为了电动车续航增长10倍，这些科研党竟然用“硅”做了电池的负极

滑铁卢大学的研究人员开发了新一代电池技术，该技术可以生产稳定的小尺寸长寿命电池，除了便于安装小型可穿戴设备外，还可以用于电动汽车。陈忠伟是滑铁卢大学的化学工程师教授，也是整个项目的负责人。据说，以他为首的一群研究生所做的研究可以极大地提高电池的性能和使用寿命，与超市里的锂离子电池相去甚远。这项研究成果已发表在《自然通讯》杂志上。

陈忠伟（左二）和团队成员

研究人员如何在减少电池尺寸的同时确保电池寿命长？答案是，他们使用硅作为电池的负极材料，解决了材料上的不足。

众所周知，石墨作为锂离子电池的负极材料已经使用了很长一段时间。然而，随着电池技术的提高，材料本身逐渐成为电池性能发展的瓶颈。由于石墨的储能能力已经达到上限，研究机构开始转向寻找新的阳极材料，其中之一就是使用硅作为电池阴极。

从理论上讲，硅材料的比容量远大于石墨材料的比电容。比容量的值直接反映了单位重量电池可以放电的电量。目前，商用锂离子电池中广泛使用的阳极活性材料是石墨，其比容量约为360mAh/g。。滑铁卢大学选择的硅材料的理论比容量达到4200mAh/g，是石墨的10倍多。陈忠伟说，这意味着电动汽车一次充电可以续航500公里，而且比现在的电动汽车电池更小、更轻，可以减轻车身重量。

然而，使用硅作为电池负极材料的尝试不在少数，而迄今为止尚未得到广泛应用的原因在于一些技术困难。众所周知，电池的负极材料也与电池的安全性密切相关，而硅负极材料的缺点是安全性差，充放电容量变化大。硅材料每次充放电时的体积收缩率和膨胀率高达300%。每当体积增加和减少时，就会形成裂缝，从而降低电池的性能，导致短路，最终导致电池停止工作。

这也是滑铁卢大学的研究人员在开发使用硅材料的电池时应该关注的问题。陈教授的团队与通用汽车全球研发中心合作开发了硅电极的热处理技术，该技术可以最大限度地减少充电过程中的体积膨胀，从而提高电池的性能和锂离子电池的循环充放电过程。这种热处理技术创造了硅负极的独特结构，随着电池能量容量的提高，充电和放电循环可以增加到2000次。

硅阳极电池是陈教授的一个研究课题。他说，这种电池技术有商业化大规模生产的可能性，研究团队希望在明年之前看到新的电池进入市场。他的团队研究的主要项目包括开发具有独特纳米材料的新一代清洁和可持续能源技术。此外，他们还关注金属空气电池、锂硫电池和各种类型的液流电池。滑铁卢大学的研究人员开发了新一代电池技术，该技术可以生产稳定的小尺寸长寿命电池，除了便于安装小型可穿戴设备外，还可以用于电动汽车。陈忠伟是滑铁卢大学的化学工程师教授，也是整个项目的负责人。据说，以他为首的一群研究生所做的研究可以极大地提高电池的性能和使用寿命，与超市里的锂离子电池相去甚远。这项研究成果已发表在《自然通讯》杂志上。

陈忠伟（左二）和团队成员

研究人员如何在减少电池尺寸的同时确保电池寿命长？答案是他们我们……

硅作为电池的负极材料，解决了材料上的不足。

众所周知，石墨作为锂离子电池的负极材料已经使用了很长一段时间。然而，随着电池技术的提高，材料本身逐渐成为电池性能发展的瓶颈。由于石墨的储能能力已经达到上限，研究机构开始转向寻找新的阳极材料，其中之一就是使用硅作为电池阴极。

从理论上讲，硅材料的比容量远大于石墨材料的比电容。比容量的值直接反映了单位重量电池可以放电的电量。目前，商用锂离子电池中广泛使用的阳极活性材料是石墨，其比容量约为360mAh/g。。滑铁卢大学选择的硅材料的理论比容量达到4200mAh/g，是石墨的10倍多。陈忠伟说，这意味着电动汽车一次充电可以续航500公里，而且比现在的电动汽车电池更小、更轻，可以减轻车身重量。

然而，使用硅作为电池负极材料的尝试不在少数，而迄今为止尚未得到广泛应用的原因在于一些技术困难。众所周知，电池的负极材料也与电池的安全性密切相关，而硅负极材料的缺点是安全性差，充放电容量变化大。硅材料每次充放电时的体积收缩率和膨胀率高达300%。每当体积增加和减少时，就会形成裂缝，从而降低电池的性能，导致短路，最终导致电池停止工作。

这也是滑铁卢大学的研究人员在开发使用硅材料的电池时应该关注的问题。陈教授的团队与通用汽车全球研发中心合作开发了硅电极的热处理技术，该技术可以最大限度地减少充电过程中的体积膨胀，从而提高电池的性能和锂离子电池的循环充放电过程。这种热处理技术创造了硅负极的独特结构，随着电池能量容量的提高，充电和放电循环可以增加到2000次。

硅阳极电池是陈教授的一个研究课题。他说，这种电池技术有商业化大规模生产的可能性，研究团队希望在明年之前看到新的电池进入市场。他的团队研究的主要项目包括开发具有独特纳米材料的新一代清洁和可持续能源技术。此外，他们还关注金属空气电池、锂硫电池和各种类型的液流电池。

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