掃描電子顯微鏡圖像：(a)烘干后的SiO2納米纖維;(b)高倍率下SiO2納米纖維;(c)腐蝕之后的硅納米纖維;(d)高倍率下硅納米纖維。
據(jù)國外科技媒體本周報(bào)道，加州大學(xué)河濱分校伯恩斯工程學(xué)院開發(fā)了一種可用于鋰離子電池的新型紙狀材料，它可以成倍地提高電池單位重量可傳輸?shù)哪芰俊＿@種紙狀材料是由厚度還不及人類頭發(fā)百分之一的海綿狀硅納米纖維材料制成的，它能被用于電動(dòng)汽車的電池和個(gè)人電子設(shè)備中。
納米纖維是通過一種靜電紡絲的技術(shù)制備的，即在旋轉(zhuǎn)鼓和噴嘴之間施加20000至40000伏的電壓，由此會(huì)發(fā)射原硅酸四乙酯(TEOS)組成的溶液，這種溶液是一種經(jīng)常在半導(dǎo)體工業(yè)中使用的化學(xué)化合物。然后納米纖維暴露于鎂蒸氣，以產(chǎn)生海綿狀硅纖維結(jié)構(gòu)。
常規(guī)生產(chǎn)的鋰離子電池的陽極是用涂覆有石墨混合物、導(dǎo)電添加劑和聚合物粘合劑的銅箔制成的。但是，由于石墨的性能已經(jīng)被發(fā)掘出來，研究人員正在實(shí)驗(yàn)其他的材料，例如硅材料。硅具有的特定容量或每單位重量電池具有的電荷量比石墨高出近10倍。
(a)靜電紡絲過程和隨后的還原處理的示意圖;(b)初紡的SiO2紙狀納米纖維;(c)腐蝕后的硅紙狀納米纖維;(d)碳包覆的硅紙狀納米纖維。
但是硅有明顯的體積膨脹，這會(huì)導(dǎo)致電池迅速衰減。這種硅納米纖維結(jié)構(gòu)規(guī)避了這個(gè)問題，并且對電池進(jìn)行循環(huán)數(shù)百次后并沒有顯著衰減。
“當(dāng)換到能量密度大的物質(zhì)時(shí)可以省去金屬集電體和非活性聚合物粘結(jié)劑，例如硅可以顯著提高電動(dòng)車的儲(chǔ)存電荷范圍。”Favors說。
這項(xiàng)技術(shù)還解決了困擾獨(dú)立式電極多年的一個(gè)問題：可擴(kuò)展性。使用化學(xué)氣相沉積生長的獨(dú)立式材料，例如碳納米管或硅納米線，其規(guī)模只能在非常小的量級(微克)來制造。然而，F(xiàn)avors可以在實(shí)驗(yàn)室里一次生產(chǎn)成克的硅納米纖維。
研究人員未來的工作主要涉及制作硅納米纖維制成的袋狀單元格的鋰離子電池，這是一種可以用于電動(dòng)汽車以及電子設(shè)備的大型電池。
