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記者2月1日從寧波大學(xué)獲悉，該校物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授陳王華團(tuán)隊(duì)聯(lián)合寧波工程學(xué)院和寧波東方理工大學(xué)團(tuán)隊(duì)，在全固態(tài)鋰電池負(fù)極材料領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。該研究通過模擬自然界的“呼吸”機(jī)制，首次研發(fā)出一種具有三維“透氣”結(jié)構(gòu)的硅納米線負(fù)極，為開發(fā)硅負(fù)極全固態(tài)鋰電池提供了新的技術(shù)路徑。相關(guān)成果日前發(fā)表于國際期刊《能源存儲(chǔ)材料》。

全固態(tài)鋰電池因更高的安全性、更強(qiáng)的能量密度以及更出色的循環(huán)性能，被認(rèn)為是下一代電池技術(shù)的“終極目標(biāo)”。硅憑借超高的理論容量和良好的化學(xué)兼容性，被視為全固態(tài)電池中最具潛力的負(fù)極材料之一。

“硅的儲(chǔ)能潛力巨大，是傳統(tǒng)商用石墨負(fù)極的10倍。然而，在充電吸收鋰離子時(shí)，硅的體積會(huì)劇烈膨脹3倍以上。隨著充放電循環(huán)，硅會(huì)像不斷吹大又縮小的氣球，最終因‘體力不支’粉碎脫落，進(jìn)而影響電池壽命。”陳王華介紹，硅在充放電過程中巨大的體積膨脹會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的機(jī)械應(yīng)力、界面脫離及電化學(xué)性能快速衰減，限制了其在大規(guī)模鋰電池中的實(shí)際應(yīng)用。

科研團(tuán)隊(duì)利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)，創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)并制備了一種電流集流體一體化的三維柱狀硅架構(gòu)，使其具備獨(dú)特的“雙相”核殼結(jié)構(gòu)。研究顯示，該柱狀硅負(fù)極表現(xiàn)出卓越的電化學(xué)性能和實(shí)用性。實(shí)驗(yàn)證明，該電池在彎折甚至剪刀裁剪的情況下仍能持續(xù)供電，展現(xiàn)出極高的機(jī)械魯棒性和安全性。

“我們讓硅像森林里的樹木一樣，一根根‘立’在集流體上，并且相互交織形成三維網(wǎng)絡(luò)。這些納米線之間留有豐富的空隙，就像給電池內(nèi)部安裝了無數(shù)個(gè)‘呼吸閥’?！标愅跞A說，當(dāng)鋰離子涌入時(shí)，硅納米線可以向這些預(yù)留的空隙處擴(kuò)張，而不會(huì)擠壞周圍的電解質(zhì)。