松下與Sila Nanotechnologies的協(xié)議將使這家科技公司在2031年前將硅陽極納入其電池。(圖片鳴謝:uux.cn/Artur Debat via Getty Images)
（神秘的幅縮地球uux.cn）據(jù)生活科學(xué)（維多利亞·阿特金森）：一項可以顯著增加電動汽車(EV)電池續(xù)航里程并減少充電時間的技術(shù)可能很快就會出現(xiàn)在更多的汽車上。這項技術(shù)將通常用于鋰離子電動汽車電池負(fù)極的年內(nèi)石墨換成了硅。
松下最近宣布與制造硅陽極的提高Sila Nanotechnologies合作，在2024年將該技術(shù)整合到該公司現(xiàn)有的汽車電池生產(chǎn)線中。
2023年電動汽車銷量超過1400萬輛，航里預(yù)計未來幾年其受歡迎程度將會提高。電池短充電時電動的續(xù)目前，技術(shù)將大間并這些車輛使用高性能鋰離子電池。幅縮雖然這些電池每天都在變得更好，年內(nèi)但一些障礙仍然限制了它們的提高可用性和便利性。
Sienza Energy U.S .的汽車首席科學(xué)官Azin Fahimi告訴Live Science說:“電池儲存與其尺寸和重量相關(guān)的能量的能力，即能量密度，航里是電池短充電時電動的續(xù)電動汽車的一個關(guān)鍵因素，因為它影響了它們一次充電可以行駛的距離，”他領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊正在研究一種不同于Sila正在建造的硅陽極實施方案。"另一個至關(guān)重要的方面是功率密度，它指的是電池供應(yīng)能量的速度."
換句話說，如果一輛汽車在充電之間不能走很遠(yuǎn)，這對許多消費者來說是不可能的。那么為什么新的硅陽極會對續(xù)航里程和充電時間產(chǎn)生如此巨大的影響呢？
電池依賴于電極或兩個電導(dǎo)體之間的帶電粒子(稱為離子)的運動。在充電過程中，鋰離子從正極(陰極)移動，通過一種稱為電解質(zhì)的導(dǎo)電溶液，進(jìn)入負(fù)極(陽極)，在那里儲存，直到需要電力。
“當(dāng)電池為設(shè)備供電時，鋰離子從陽極回到陰極，”法赫米說。離子的這種運動使電子流過外部電路，產(chǎn)生電流為裝置提供動力。
因為離子儲存在陽極上，直到它們需要為汽車提供動力，所以陽極材料在電池的性能中起著至關(guān)重要的作用。
“一種好的陽極材料應(yīng)該具有高的鋰儲存能力，以確保高能量密度，良好的導(dǎo)電性，以促進(jìn)有效的電子流，[和]快速離子傳輸，以實現(xiàn)快速充電能力，”法赫米說。她補充說，陽極還需要一個穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，當(dāng)離子流入和流出時，體積不會改變，因為這會損壞表面。
傳統(tǒng)上，鋰離子電池使用石墨陽極。這種導(dǎo)電材料的層狀結(jié)構(gòu)意味著離子可以進(jìn)出陽極，而體積不會發(fā)生太大變化。
然而，法赫米說，由于其化學(xué)性質(zhì)，每克硅可以容納十倍以上的能量。
“這種更高的容量意味著硅可以儲存更多的鋰離子，從而為電池帶來更高的能量密度，”Fahimi說。"更高的能量密度意味著電動汽車一次充電的續(xù)航里程更長."
不幸的是，當(dāng)填充鋰離子時，硅會膨脹到原來的三到四倍，導(dǎo)致“機械應(yīng)力和陽極材料的最終退化，”她說。
因此，對硅陽極進(jìn)行細(xì)致的納米級設(shè)計對于克服這一挑戰(zhàn)至關(guān)重要。在后續(xù)工作中，法赫米在錫耶扎的團(tuán)隊和西拉的團(tuán)隊正在努力解決這個問題。
編者按:這篇報道于美國東部時間上午10:15更新，更正了電池使用的材料；是石墨，不是石墨烯。