“通过防止电极膨胀 扩大电池中硅的采用”

市场上最新的锂离子电池有可能将手机和电动汽车的充电寿命延长40%。 经过10多年的阶段性改善，开发者使用硅制的石墨阳极代替电池的石墨阳极，因此发生了这一飞跃。 德雷克塞尔大学和爱尔兰三一大学的研究表明，如果用mxene这种特殊材料强化硅，可以得到更大的改善。

该组织最近在nature communications上报道说，这种调整可以将锂离子电池的寿命延长五倍。 这可以防止二维mxene材料在充电过程中硅阳极扩张到断点，所以这个问题会阻止一段时间内的采用。

预计硅阳极将取代锂离子电池的石墨阳极，对储存的能量产生较大的影响。 drexel工程学院的杰里大学博士、巴格教授、aj drexel纳米材料研究所所长yury gogotsi博士说。 这项研究的共同作者，材料科学和工程系。 研究表明，硅阳极添加mxene材料后稳定，可实际用于电池。

在电池中，电荷保持在电极-阴极和阳极上，当离子从阳极传到阴极时送到我们的装置。 电池重新充电后，离子会返回阳极。 通过寻找提高电极收发越来越多离子的能力的方法，电池寿命在稳步增加。 使用硅代替石墨作为锂离子阳极的主要材料时，各个硅原子最多可以接受4个锂离子，石墨阳极中碳原子数6个只吸收1个锂，因此吸收离子的能力提高。 但是，随着收钱，硅也会膨胀达到300% -，它会破裂导致电池故障。

这个问题的许多处理方法包括添加碳材料和聚合物粘合剂来制作含硅的框架。 根据gogotsi的说法，这样做的过程很多很复杂，碳对电池的充电储存几乎没有贡献。

与此相反，按照drexel和trinity小组的做法，将硅粉混合到mxene溶液中，形成混合硅-xxene阳极。 mxene纳米片随机分布，形成连续的互联网，包裹硅粒子，起到导电添加剂和粘合剂的作用。 这是mxene框架，离子到达时也赋予离子顺序，阻止阳极膨胀。

gogotsi表示，mxenes是硅实现电池潜力的关键。 由于mxenes是二维材料，阳极中的离子越来越多空之间，它们很快就能进入，从而提高电极的容量和导电性。 另外，硅-mxene阳极的耐久性也很高，厚度达到450微米，机械强度也很好。

mxenes是去年在drexel首次发现的，是用被称为max相的层状陶瓷材料进行化学蚀刻制成的，去除了化学相关的一组层，留下了二维薄片。 迄今为止，研究人员生产了30多种mxene，但每种类型的属性略有不同。 该小组选择了其中两个制造纸用硅-xmene阳极。 是碳化钛和碳氮化钛。 还测试了由被石墨烯包裹的硅纳米粒子构成的电池阳极。

3种负极样品均表现出比锂离子电池采用的现有石墨或硅-碳负极更高的锂离子容量和优异的导电性，添加mxene后，均表现出了传统硅负极的100~1，000倍的高度。

他们写道，mxene纳米片的连续互联网不仅提供了足够的导电性和自由空之间以适应体积变化，还能很好地应对si的机械不稳定性。 因此，在这里让他们浏览的粘性mxene墨水和大容量si的组合可以提供强大的技术，构建具有优异性能的先进纳米结构。

trinity的博士后研究员、研究第一人chuanfang zhang博士也指出，用浆料铸造生产mxene阳极很容易扩展，适合各种规模阳极的大规模生产。 也就是说，他们可以进入能够向我们大部分设备供电的电池。

他说，考虑到已经报道了30多个mxene，预计将有越来越多的mxe存在，利用大型mxene系列的其他材料，一定会进一步改善电池电极的电化学性能空之间。

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