像紙一樣薄的電池電極？對，你沒聽錯！

材料牛注：堪薩斯州立大學研究小組已經開發出采用碳氧化硅玻璃和石墨烯制作成的紙一樣的電池電極。

堪薩斯州立大學機械和核工程學院的副教授格佩特·森和他的研究小組開發出的紙一樣薄的電池電極。該電池電極不僅具有所有常規電池的特性，還比其它電池電極輕10%以上，擁有近1000多次充放電循環壽命和近乎100％的循環效率。這種電池是由低成本的聚硅氧烷工業產品制成的。其工作溫度可低至-15℃，這使得它擁有更為廣闊的應用空間。

格佩特·森的研究團隊一直在探索電池和電極以期設計出新的材料。該團隊已經通過自主制造，使用CMG或碳氧化硅玻璃陶瓷解決了這些難題。他們制得的電極具有大約600毫安小時/克的高容量。超薄極板是由20％的化學制備的石墨烯血極板。“超薄的設計與當今電池用電極明顯不同，因為它去除了金屬箔支持聚合物膠，”?格佩特·森說。

最重要的是，該材料在實踐中證明了它的應用價值，格佩特·森說“即使在-15℃環境中保存一個月，在大多數電池無法正常使用的情況下也能夠提供每克200毫安時的容量。這表明硅玻璃和石墨烯電極可充電電池也可適合無人機在高海拔地區運行，甚至可能在宇宙空間中飛行。”

該碳氧化硅材料本身比較特殊，它是由液態樹脂加熱至其分解并轉變成銳玻璃狀顆粒來制備的。硅、碳和氧原子重新排列成隨機的三維結構，過量的碳析出形成蜂窩區域。這種開放的三維結構產生強大的可逆儲鋰和鋰離子通道。這種鋰存儲的結構和機制比晶態硅電極不同。由于原料液樹脂是有機硅工業的副產品，因此碳氧化硅電極成本低。

格佩特·森的目標是生產更大尺寸的這種電極材料。例如，當今的鉛筆芯電池用的是石墨涂敷的銅箔電極，其長度超過了一英尺，體積過大。該小組還要進行機械彎曲測試，看看它們如何影響性能參數。

“最終，我們希望與業界共同探討生產這種鋰離子電池，”?格佩特·森說。 “碳氧化硅也可通過3D打印，這是我們極為感興趣的方面。”

資料來源于：Engineers build paperlike battery electrode with glass-ceramic

該研究成果已發表在Nature Communication

感謝材料人網編輯部王宇提供素材，王迪編譯。