史丹佛大学-SLAC实验室联手打造石墨烯外壳的过程
（来源：Y. Li et al./Nature Energy）
美國史丹佛大學(Stanford University)和能源部SLAC國家加速器實驗室(National Accelerator Laboratory)的科學家們共同開發出一種製造矽晶鋰離子電池陽極的新方法。這種新開發的陽極每次充電可儲存較現有商用電池更多10倍的能量，而且還可用於製造出更輕巧且更小型的高性能電池。
在電池充電期間，矽晶粒子會膨脹到原有尺寸的三倍後碎裂，同時還會與電池電解液起反應，形成削弱其性能的塗層。為了克服這些問題，史丹佛大學-SLAC實驗室的研究團隊利用以石墨烯材料量身打造的外殼包覆每個矽陽極顆粒。
根據《自然能源》(Nature Energy)期刊以及SLAC官網上的介紹，研究人員們發展出一種三階段的方法來製造合適大小的石墨烯外殼。在這種外殼中不但有足夠的空間可讓矽晶粒子隨電池充電而膨脹擴張，又夠緊密足以在顆粒碎裂時密切結合所有的碎片，因而使其可持續以高容量作業。這種強大、彈性化的外殼還能阻止與電解液發生破壞性的化學反應。
這種顯微的外殼方法也適用於其他的電極材料，根據史丹佛大學副教授崔屹表示，這種方法讓能量密集、低成本的電池材料成為現實。
“這種新方法讓我們能使用直徑約1-3微米或百萬分之一公尺的較大矽顆粒，其價格更便宜而且已廣泛使用中，”崔屹表示，“事實上，我們所使用的顆粒非常類似在製造半導體晶片時研磨矽錠而產生的廢棄物；他們就像是各種形狀和大小的木屑顆粒。在此之前，像這麼大的顆粒通常無法在電池陽極中有效發揮，因此，這是一項十分令人振奮的新研究成果，我們認為它提供了一個可行的解決方案。”
為了讓這種微觀的外殼完全適用，研究人員們先以鎳塗覆在矽顆粒上，然後在鎳的頂層上生長石墨烯，以鎳作為促進石墨烯生長的催化劑。而在最後的步驟，研究人員們將鎳蝕刻掉，讓石墨烯外殼中只留下足夠讓矽顆粒膨脹擴張的空間。
“這種量身打造的石墨烯外殼是保持高效率的第一個塗層，而且可在相對較低的溫度下進行反應，”史丹佛大學博士後研究員閻凱表示。
這項石墨烯外殼研究的下一步是微調整個過程，以夠大的量生產帶有石墨烯外殼的矽顆粒，從而打造商用級的電池。
編譯：Susan Hong (參考原文：Battery Research Claims 10x Gain，by Jessica Lipsky)
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