Only Perception: 奈米導線讓電池電量提升十倍

2007-12-19

奈米導線讓電池電量提升十倍

Nanowire battery holds 10 times the charge of existing ones
http://www.physorg.com/news117212815.html

December 18, 2007

史丹佛研究者發現一種使用矽奈米導線的方法，那能夠重複發明可充電的鋰離子電池，為筆電、iPod、相機、手機與其他屬不盡的裝置提供電力。

這個新願景，經由 Yi Cui，材料科學與工程助教授所領導的開發，能比現有的鋰離子（又稱為 Li-ion）電池產生多達 10 倍數量的電力。現在在筆電上能跑 2 小時的電池，將能運作達 20 小時，對於行動商業人士無疑是一大恩賜。

"這並非小改善，" Cui 說。"這是一種革命性發展。"

這項突破在一篇論文中描述，「High-performance lithium battery anodes using silicon nanowires」，發表於 12/16 的 Nature Nanotechnology 線上版，由 Cui、他的化學系畢業生 Candace Chan 與其他五人所撰寫。

這種貯存能力的大幅擴展能讓 Li-ion 電池對電動車製造商更具吸引力。Cui 指出那亦可用於家庭或辦公室中，以貯存由屋頂太陽能板所產生的電力。

"有了矽背後成熟的基礎建設，這種新技術將能很快地推廣到現實生活中，" Cui 說。

Li-ion 電池的電力儲存能力受限於有多少鋰能夠維持在電池的陽極，那通常由碳製成。矽比碳有更高的容量，但亦有其缺點。

當置於電池中的矽吸收帶正電的鋰原子時會膨脹（swells），然後在使用中收縮（換言之，你在使用 iPod），此時鋰從矽當中被取出。這種膨脹／收縮循環通常致使矽（通常是顆粒或薄膜狀）粉狀化，降低電池的效能。

Cui 的電池利用奈米技術將此問題解決。鋰貯存在微小矽奈米導線的森林中，每根直徑不到一張紙厚度的千分之一。當其吸收鋰時，體積會膨脹四倍。但不像其他矽形狀，它們並不會破裂。

電池中，矽的研究始於三十年前。Chan 解釋："那類人通常都放棄了，因為容量不夠高而且生命週期也不夠好。而這一切都只因為他們所使用的形狀。那只是因為太大，而且它們無法承受體積的改變。"

接著，出現了矽奈米導線。"我們只不過是將它們放在一起的那群人。"

為了他們的實驗，Chan 在不鏽鋼表面上長成奈米導線，提供傑出的電連接。"當 Candace 告所我，它能用時，那真是神奇的一刻，" Cui 說。

Cui 表示他們已經申請了專利。他正考慮要成立一家公司或與電池製造商簽訂合約。製造奈米導線電池只需「一到二種不同的步驟，不過這種程序毫無疑問地能夠放大」，他補充道。"那是一種充分被理解的程序。"

※ 不過也別小看碳的威力... XD

＊ High-performance lithium battery anodes using silicon nanowires
http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/abs/nnano.2007.411.html

Candace K. Chan, Hailin Peng, Gao Liu, Kevin McIlwrath,
Xiao Feng Zhang, Robert A. Huggins & Yi Cui
Nature Nanotechnology Published online: 16 December 2007
doi:10.1038/nnano.2007.411