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輕如鴻毛，能如虎！碳?xì)饽z推動(dòng)硅碳負(fù)極革新

輕如鴻毛，能如虎！碳?xì)饽z推動(dòng)硅碳負(fù)極革新

  • 分類：新聞資訊
  • 作者：
  • 來(lái)源：
  • 發(fā)布時(shí)間：2025-04-18
  • 訪問量：

【概要描述】

輕如鴻毛，能如虎！碳?xì)饽z推動(dòng)硅碳負(fù)極革新

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我們常用“輕如鴻毛”來(lái)形容一個(gè)物質(zhì)的重量很輕，但現(xiàn)在時(shí)代變了，比鴻毛更輕的物質(zhì)已經(jīng)出現(xiàn)。浙江大學(xué)的科學(xué)家們打破了吉尼斯世界紀(jì)錄，他們研制出了世界上最輕固體---“全碳?xì)饽z”。

01
硅碳負(fù)極材料的挑戰(zhàn)
 
隨著全球能源需求的不斷增長(zhǎng)和環(huán)保意識(shí)的提高，新能源材料的研究和開發(fā)受到了廣泛關(guān)注。在眾多新能源材料中，硅碳負(fù)極材料因其高能量密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命等特點(diǎn)，成為鋰離子電池領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。然而，硅材料在充放電過(guò)程中體積膨脹和收縮的問題，限制了其在商業(yè)化應(yīng)用中的推廣。碳?xì)饽z作為一種輕質(zhì)、多孔、非晶態(tài)納米炭材料，因其獨(dú)特的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有導(dǎo)電性好、比表面積大、密度變化范圍寬等特點(diǎn)，被認(rèn)為是理想的電化學(xué)能源材料。本文將探討碳?xì)饽z在硅碳負(fù)極材料中的應(yīng)用及其對(duì)電池性能的影響。
 
硅碳負(fù)極材料結(jié)合了硅的高比容量和碳材料的良好導(dǎo)電性，是新一代負(fù)極材料的研究熱點(diǎn)。然而，硅材料在充放電過(guò)程中體積膨脹和收縮的問題，導(dǎo)致了電池容量的衰減和循環(huán)穩(wěn)定性的下降。此外，硅材料的首次庫(kù)侖效率低，也影響了電池的整體性能。因此，如何有效地解決硅材料的體積膨脹問題，提高硅碳負(fù)極材料的循環(huán)穩(wěn)定性和首次庫(kù)侖效率，是當(dāng)前研究的重點(diǎn)。
 
02
碳?xì)饽z的電化學(xué)優(yōu)勢(shì)
 
碳?xì)饽z是一種具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)多孔材料，其獨(dú)特的納米結(jié)構(gòu)賦予了它優(yōu)異的物理和化學(xué)性質(zhì)。碳?xì)饽z的比表面積大，可以達(dá)到幾百甚至上千平方米每克，這使得它在電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域具有極高的應(yīng)用潛力。此外，碳?xì)饽z的導(dǎo)電性好，可以有效地提高電池的電導(dǎo)率，從而提升電池的充放電性能。碳?xì)饽z的密度變化范圍寬，可以在納米尺度上進(jìn)行控制和剪裁，這為設(shè)計(jì)和制備高性能的電池負(fù)極材料提供了可能。
 
03
碳?xì)饽z在硅碳負(fù)極中的應(yīng)用
 
碳?xì)饽z的引入可以顯著改善硅碳負(fù)極材料的性能。首先，碳?xì)饽z的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以作為硅納米顆粒的支撐框架，有效地緩解硅材料在充放電過(guò)程中的體積變化，從而提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性。其次，碳?xì)饽z的高比表面積可以提供更多的活性位點(diǎn)，增加硅材料與電解液的接觸面積，從而提高電池的充放電性能。此外，碳?xì)饽z的導(dǎo)電性好，可以有效地提高電池的電導(dǎo)率，從而提升電池的充放電性能。
 
04
研究成果
 
近年來(lái)，關(guān)于碳?xì)饽z修飾硅碳負(fù)極材料的研究取得了一系列成果。例如，通過(guò)超臨界干燥法制備的碳?xì)饽z，然后通過(guò)簡(jiǎn)單的化學(xué)還原法制備的CA/Sn-Sb復(fù)合負(fù)極材料，首次放電容量高達(dá)1120.2 mAh/g，循環(huán)50次后放電容量仍達(dá)到557.3 mAh/g，遠(yuǎn)高于未經(jīng)碳?xì)饽z修飾的Sn-Sb合金。這表明碳?xì)饽z的引入可以顯著改善硅碳負(fù)極材料的循環(huán)性能。
 
2024年2月21日，據(jù)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局公告，中國(guó)第一汽車股份有限公司申請(qǐng)一項(xiàng)名為“一種硅碳復(fù)合氣凝膠及其制備方法和應(yīng)用“，公開號(hào)CN117577818A，申請(qǐng)日期為2024年1月。本發(fā)明通過(guò)化學(xué)氣相沉積的方法將硅顆粒沉積在碳纖維聚合物氣凝膠的孔隙中，用于解決硅碳復(fù)合材料所存在的硅膨脹收縮時(shí)界面接觸不良、碳的孔穴結(jié)構(gòu)限制硅復(fù)合比例等技術(shù)缺陷，廣泛適用于各類電池，具有良好的應(yīng)用前景。
 
05
展望
 
碳?xì)饽z作為一種理想的電化學(xué)能源材料，在硅碳負(fù)極材料中的應(yīng)用顯示出了巨大的潛力。通過(guò)碳?xì)饽z的引入，可以有效解決硅材料在充放電過(guò)程中的體積膨脹問題，提高硅碳負(fù)極材料的循環(huán)穩(wěn)定性和首次庫(kù)侖效率。未來(lái)的研究需要進(jìn)一步優(yōu)化碳?xì)饽z的結(jié)構(gòu)和性能，探索更高效的制備方法，以實(shí)現(xiàn)硅碳負(fù)極材料的商業(yè)化應(yīng)用。同時(shí)，還需要深入研究硅碳負(fù)極材料的電化學(xué)反應(yīng)機(jī)制，為設(shè)計(jì)和制備高性能的電池負(fù)極材料提供理論指導(dǎo)。
 
————
 
“乾坤未定，你我皆黑馬，莫以一時(shí)得失定天下。”
或許碳?xì)饽z就是是下一代碳基底。
 

 

信息來(lái)源：Carbontech

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