锂离子电池可说现今最常见的电池技术,包括智能手机、笔记本、电动汽车与储能系统在内,锂电池都是它们的供电核心,不过较上述科技产品的进步飞速,电池似乎还停留在原地,目前锂电池发展已达瓶颈,为此不少科学家寻求新突破,决定将锂离子电池的阳极改头换面。
目前锂离子电池的正极(阴极)主要材料为锂,负极(阳极)为石墨,其中硅是备受看好的石墨替代材料,无论是在吸收锂离子的效果还是当地壳上的含量,都比现在电池采用的石墨材料还要好,美国锂电池创业公司Advano指出,若用在石墨电极添入硅材料,电池容量理论上可以增加10倍,也可以减少材料使用量,进而降低电池成本与电池大小。
不过在以往的研究中,要把石墨换成硅并非易事,硅材料在锂电池充电时会膨胀300%,放电时又会恢复正常大小,这让硅材料的耐用性大打折扣,也会破坏电池的结构,因此受限于材料物理特性,现在电池阳极仍是石墨为主。
而Advano为了解决这个问题,致力用简单步骤制造出适用各种石墨阳极的功能性硅纳米粒子。
其中Advano的硅材料为取自废弃太阳能板、半导体等的再生硅,根据创办人兼首席执行官AlexanderGirau所言,关键是在压碎硅料时将反应性纳米粒子附着其上,这样就能简单制造出功能性硅纳米粒子,最后再将碳基复合材与功能性硅纳米粒子相结合,而在化学处理过程中,碳化硅纤维表面会“长出”类似发霉的绒毛,如此一来便能帮硅挪出膨胀与缩小的空间。
这种粉末适用于各种不同配方的石墨阳极,用量愈多电池容量就愈大,而目前Advano每年可以生产1吨硅纳米粒子,未来希望可扩大至10倍,同时也盼硅纳米粒子价格可从每公斤500到10,000美元降至15到150美元。
目前该公司也获得1,850万美元的募集资金,其中包括被誉为ipod之父的TonyFadell旗下公司,Fadell表示,若锂电池使用时间增加十倍,这就可以解决人们对电池的充电焦虑,而只有Advano可以同时解决材料获得容易度、循环寿命、成本、制造经济性等四大挑战。