雖然探索火星的口號(hào)喊了好多年，但到目前為止人類的進(jìn)度仍是“準(zhǔn)備中…”。不過(guò)飯要一口口吃，路也要一步步走，近期一項(xiàng)相關(guān)的相關(guān)研究成果被公布，也算是為人類的火星探索計(jì)劃打了一劑強(qiáng)心劑。

更輕、更快充電的電池可能是為宇航服供電的一種更有效的方式

近日，一篇題為 “Three-Dimensional Si Anodes with Fast Diffusion, High Capacity, High Rate Capability, and Long Cycle Life”的文章發(fā)表在美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)雜志上。來(lái)自克萊姆森大學(xué)的科學(xué)家在一項(xiàng)電氣化研究中制造出了一種更輕、充電速度更快的電池，相當(dāng)適合為宇航服，甚至是火星車供電。該校科學(xué)院物理和天文學(xué)系助理教授波迪拉表示，這種革命性的新型電池可能很快就會(huì)用于美國(guó)的衛(wèi)星。

“大多數(shù)衛(wèi)星主要從太陽(yáng)獲得電力，”波迪拉說(shuō)。“但衛(wèi)星必須要儲(chǔ)存夠它們處于地球陰影時(shí)所需的能量。我們必須使電池盡可能輕，因?yàn)樾l(wèi)星重量越大，其任務(wù)成本越高。”

要理解該小組的突破，你可以把鋰離子電池中的石墨陽(yáng)極想象成一副撲克牌，其中每張牌代表一層石墨，用來(lái)儲(chǔ)存電荷。但問(wèn)題在于，常用的負(fù)極材料石墨不能儲(chǔ)存很多電荷，因此該研究團(tuán)隊(duì)選擇“硅”作為突破點(diǎn)。

雖然硅的高儲(chǔ)電能力讓人側(cè)目，但這種材料在充放電的過(guò)程中會(huì)分解成更小的碎片。該團(tuán)隊(duì)便想到可以使用微小的硅“納米”顆粒來(lái)提高穩(wěn)定性，這樣電池循環(huán)壽命能更長(zhǎng)。而新電池也不再是一副由石墨制成的卡片，而是使用了一層名為Buckypaper的碳納米管材料，硅納米顆粒被夾在中間。“有了這種內(nèi)部包裝，即使硅顆粒碎裂，它們也還在夾層中，”波迪拉說(shuō)。

橫截面元素圖顯示了硅納米顆粒電極的顯微結(jié)構(gòu)

“獨(dú)立的碳納米管薄片使硅納米粒子相互之間保持電連接，”該研究的第一作者Shailendra Chiluwal說(shuō)。“這些納米管形成了一個(gè)準(zhǔn)三維結(jié)構(gòu)，即使在500次循環(huán)后也依舊能將硅納米粒子拉攏在一起，并減輕了納米粒子斷裂產(chǎn)生的電阻。”

使用硅作為負(fù)極材料及納米管作為緩沖機(jī)制，不僅可以增加電池容量，減輕電池重量，還可以以更高的電流對(duì)電池進(jìn)行充電，這意味著充電時(shí)間更短。這對(duì)穿著電池動(dòng)力服的宇航員來(lái)說(shuō)是個(gè)福音，對(duì)那些要把宇航員送到目的地的科學(xué)家和工程師來(lái)說(shuō)也是個(gè)福音。

“硅在該領(lǐng)域中，就是研究人員的‘圣杯’，”CNI的主任、NASA撥款的主要研究者Rao說(shuō)。Rao還表示，新的電池很快就會(huì)被應(yīng)用到電動(dòng)汽車上。

來(lái)源：scitechdaily

粉體圈Coco編譯