斯坦福大學和SLAC國家加速器實驗室的一組研究人員發表了一份研究論文，詳細介紹了鋰離子電池的新型設計。該團隊使用的納米顆粒以類似於石榴果種子的方式排列。
研究小組安排了用碳“果皮”包裹的矽納米顆粒，以超越當前基於矽的鋰離子電池設計的局限性。借助這種新型電極，研究人員說，他們的發現可能會為各種應用帶來更緊湊，更強大的電池。
“儘管仍然存在一些挑戰，但這種設計使我們更接近使用較小，更輕，更強大的電池中的矽陽極，以用於手機，平板電腦和電動汽車等產品，”說斯坦福大學副教授Yi Cui，領導團隊。
團隊出版它在在線雜誌《自然納米技術》中的發現。與當前的鋰離子電池不同，石榴啟發的電極也將能夠持續更多的充電週期。當前一代電池通常在一定數量的充電週期之後效率下降。
Cui補充說：“實驗表明，即使在1000個充電和排放週期後，我們的石榴啟發的陽極的容量也達到97％，這使其在所需的商業操作範圍內均範圍內。”
充電電池時，所有能量都存儲在負陰極中。當前可用的大多數類型的電池都使用石墨陽極。但是，基於矽的陽極具有比基於石墨的陽極多10倍的能量。不幸的是，在使用矽來製造電池陽極方面存在許多局限性。當矽與電池中使用的電解質接觸時，會發生不必要的反應。該反應會產生一個可以覆蓋陽極的副產品。發生這種情況時，電池的效率會下降。此外，在充電週期中，矽也可能膨脹和瓦解。
為了解決基於矽的陽極的當前局限性，研究團隊使用矽納米線創建了一種新型的電極。由於這些納米線已經太小了，無法在充電週期中分解成較小的部分，因此可以避免矽瓦解。該團隊還將納米顆粒包裹在碳殼中，確保為矽納米顆粒提供足夠的空間膨脹。然後將每個碳殼收集，並將其包裹成一個較大的碳“果皮”，該碳將小簇放在一起。這使電極具有獨特的石榴外觀。
Cui說：“對我來說，看到我們在過去的七或八年中取得了多少進展以及我們如何一一解決問題，這真是令人興奮。”
儘管研究表明有希望，但仍需要解決許多問題，然後才能產生設計。首先，必須找到更具成本效益的矽納米顆粒來源。其次，必須簡化該過程以降低生產成本。
