新的电池技术将大幅缩短充电时间，并在十年内提高电动汽车的续航里程

何一方88

松下与Sila Nanotechnologies的协议将使这家科技公司在2031年前将硅阳极纳入其电池。(图片鸣谢:Artur Debat via Getty Images)

（）据生活科学（维多利亚·阿特金森）：一项可以显著增加电动汽车(EV)电池续航里程并减少充电时间的技术可能很快就会出现在更多的汽车上。这项技术将通常用于锂离子电动汽车电池负极的石墨换成了硅。

松下最近宣布与制造硅阳极的Sila Nanotechnologies合作，在2024年将该技术整合到该公司现有的电池生产线中。

2023年电动汽车销量超过1400万辆，预计未来几年其受欢迎程度将会提高。目前，这些车辆使用高性能锂离子电池。虽然这些电池每天都在变得更好，但一些障碍仍然限制了它们的可用性和便利性。

Sienza Energy U.S .的首席科学官Azin Fahimi告诉Live Science说:“电池储存与其尺寸和重量相关的能量的能力，即能量密度，是电动汽车的一个关键因素，因为它影响了它们一次充电可以行驶的距离，”他领导的团队正在研究一种不同于Sila正在建造的硅阳极实施方案。"另一个至关重要的方面是功率密度，它指的是电池供应能量的速度."

换句话说，如果一辆汽车在充电之间不能走很远，这对许多消费者来说是不可能的。那么为什么新的硅阳极会对续航里程和充电时间产生如此巨大的影响呢？

电池依赖于电极或两个电导体之间的带电粒子(称为离子)的运动。在充电过程中，锂离子从正极(阴极)移动，通过一种称为电解质的导电溶液，进入负极(阳极)，在那里储存，直到需要电力。

“当电池为设备供电时，锂离子从阳极回到阴极，”法赫米说。离子的这种运动使电子流过外部电路，产生电流为装置提供动力。

因为离子储存在阳极上，直到它们需要为汽车提供动力，所以阳极材料在电池的性能中起着至关重要的作用。

“一种好的阳极材料应该具有高的锂储存能力，以确保高能量密度，良好的导电性，以促进有效的电子流，[和]快速离子传输，以实现快速充电能力，”法赫米说。她补充说，阳极还需要一个稳定的结构，当离子流入和流出时，体积不会改变，因为这会损坏表面。

传统上，锂离子电池使用石墨阳极。这种导电材料的层状结构意味着离子可以进出阳极，而体积不会发生太大变化。

然而，法赫米说，由于其化学性质，每克硅可以容纳十倍以上的能量。

“这种更高的容量意味着硅可以储存更多的锂离子，从而为电池带来更高的能量密度，”Fahimi说。"更高的能量密度意味着电动汽车一次充电的续航里程更长."

不幸的是，当填充锂离子时，硅会膨胀到原来的三到四倍，导致“机械应力和阳极材料的最终退化，”她说。

因此，对硅阳极进行细致的纳米级设计对于克服这一挑战至关重要。在后续工作中，法赫米在锡耶扎的团队和西拉的团队正在努力解决这个问题。

编者按:这篇报道于美国东部时间上午10:15更新，更正了电池使用的材料；是石墨，不是石墨烯。