美國西北大學(xué)教授哈羅德?孔博士在近期的《高級能量材料》雜志上發(fā)表文章，對提高鋰電池儲能和充電效率的“夾心”與“鉆孔”技術(shù)作了詳細(xì)介紹。

夾心技術(shù)提高儲能效率

鋰離子電池中的鋰離子位于電池正極材料“石墨烯”之間，“石墨烯”是層層疊疊的碳原子，鋰離子也就位于這些碳層之間。鋰電池充電就是將鋰離子送往電池正極的過程，放電即工作時(shí)則恰恰相反。因此，鋰離子電池的儲電量是由能夠到達(dá)正極的鋰離子數(shù)量決定的。

傳統(tǒng)的“石墨烯”鋰離子電池中，每六個(gè)碳原子可容納一個(gè)鋰原子。為了增加儲電量，科學(xué)家嘗試過用硅來代替碳，因?yàn)槊克膫€(gè)硅原子可以容納一個(gè)鋰原子，所以，從理論上來說，用硅取代碳可以獲得超過三成以上的儲電量。

但硅元素的缺點(diǎn)是充放電時(shí)會熱脹冷縮，功率大時(shí)可能發(fā)生碎裂，從而損壞電池，使電池迅速失去電力。

夾心技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，其做法是：將細(xì)小的硅簇夾在兩個(gè)碳層中間，從而生成新的包含硅原子的“石墨烯”。結(jié)果是：在充放電過程中石墨烯的碳層和硅簇共同膨脹與收縮，而不至于破裂，有效地提高了電池的能量密度，使得儲電量在電池結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的前提下得以提升。

鉆孔技術(shù)提高充電效率

充電就是鋰離子進(jìn)入正極石墨烯片中心的過程，也就是說，鋰離子就位的時(shí)間越短，則充電越快，效率越高，因此，影響充電效率的是石墨烯的形狀。

傳統(tǒng)的石墨烯片是一個(gè)薄膜狀結(jié)構(gòu)，厚度僅有一個(gè)原子，這使得它的面積顯得相當(dāng)龐大。鋰電池充電時(shí)，鋰離子必須從石墨烯的邊緣地帶向前移動爬到兩個(gè)石墨烯片也就是兩碳層中間停留。如果眾多的鋰離子同時(shí)向中間地帶爬行，必然會造成擁擠，也就影響到充電時(shí)間的延長。

鉆孔技術(shù)就是通過在石墨烯上鉆孔給這些鋰離子開辟多條道路，多一條通道就多一倍效率。具體做法是：在碳層上鉆出數(shù)以百萬計(jì)的直徑為10~20納米之間的小孔，由于氧化作用，鋰離子能夠更加自由地在電池中穿行而不堵塞，從而提高充電效率。

通過上述兩個(gè)工藝的改進(jìn)，使得鋰電池能量密度大幅度提高，儲電量和充電速度可以提高十倍。