近幾年，電腦、手機(jī)的技術(shù)進(jìn)步不小，但不斷增大的屏幕和眼花繚亂的軟件讓其電池壽命越來(lái)越短，不管像素多高、運(yùn)行多快的手機(jī)，唯一令人不滿意的就是電池。不過(guò)，美國(guó)西北大學(xué)的一個(gè)科研小組日前宣稱，他們通過(guò)技術(shù)可以提高鋰離子電池的性能，不僅充電速度變快，電池維持時(shí)間也變長(zhǎng)，而且電力更足。

據(jù)悉，該小組在關(guān)注能源相關(guān)材料的國(guó)際期刊《先進(jìn)能源材料》上，發(fā)表了名為《平面空穴制成高功率硅-石墨烯復(fù)合電極用于鋰離子電池》(In-Plane Vacancy-Enabled High-Power Si-Graphene Composite Electrode for Lithium-Ion Batteries)的論文。

該小組自信地表示，利用該技術(shù)為手機(jī)、電腦等電池充電，充電速度比目前其它電池要快10倍，僅需要15分鐘，但電量可以持續(xù)使用一周左右。“即使經(jīng)過(guò)150次充電，或者使用時(shí)間超過(guò)1年甚至更長(zhǎng)，電池效率仍然比當(dāng)今市場(chǎng)上的鋰離子電池高5倍。”該小組負(fù)責(zé)人、西北大學(xué)麥考密克工程和應(yīng)用科學(xué)學(xué)院教授哈羅德博士稱。

哈羅德表示，鋰離子的密度和活動(dòng)是這一技術(shù)的關(guān)鍵，而我們找到了一種可以容納更多離子并加快它們活動(dòng)的方法，以此來(lái)改變電池的整體效率。

事實(shí)上，鋰離子電池充電主要是在電池兩端間傳送，也就是在正極和負(fù)極間傳送。目前的鋰電池中，正極制備主要采用多層碳基石墨烯薄片，每6個(gè)碳原子只能容納1個(gè)鋰原子。由此，小組嘗試?yán)�用硅取代碳，因�(yàn)槊?個(gè)硅原子可容納 4個(gè)鋰原子，但在充電過(guò)程中，硅膨脹和收縮很劇烈，會(huì)導(dǎo)致破裂，迅速喪失充電容量。

為了穩(wěn)定硅，研究小組把成簇的硅夾在柔性石墨烯薄片之間，這間接使更多數(shù)量的鋰原子停留在電極上，然后利用柔性石墨烯薄片的特點(diǎn)適應(yīng)充電過(guò)程中硅的體積變化。即使最后硅簇破裂，這些柔性石墨烯薄片也大大降低了硅膨脹和收縮造成的容量損失。

此外，充電電流速度是掌控電池充電時(shí)間的主因。但由于石墨烯薄片非常薄，鋰離子從正極移動(dòng)到負(fù)極的過(guò)程中較為“擁擠”，速度受限，充電時(shí)間自然很長(zhǎng)。對(duì)此，研究小組利用化學(xué)氧化過(guò)程，在石墨烯薄片上戳出成千上萬(wàn)個(gè)10—20納米的微孔，讓鋰離子可以抄近路迅速到達(dá)負(fù)極，這樣充電的時(shí)間就大幅縮短了。

哈羅德估計(jì)，該技術(shù)為未來(lái)鋰電池的發(fā)展拓寬了道路，小到手機(jī)，大到電動(dòng)汽車都可以應(yīng)用這一技術(shù)。“我確信，未來(lái)3—5年內(nèi)這一技術(shù)會(huì)出現(xiàn)在市面上。”哈羅德表示。