海绵硅材料问世 未来或大幅提高移动设备续航

如今各种移动设备已经成为了人们生活中的必需品，而对于用户来说，续航时间无疑越长越好。不过目前广泛使用的锂离子电池在技术上已经达到了极限，这意味着提升续航时间的最好的办法便是采用容量更大的电池。但考虑到移动设备正在变得越来越轻薄，因此采用大容量电池只能说是一种无奈的选择。

为了解决电池容量的问题，近日美国能源部太平洋西北国家实验室发明了一种全新的锂离子电池，其电池容量至少是目前使用了锂离子电池的两倍。这种新型锂离子电池的秘密就在于使用了一种名为海绵硅的材料。虽然此前也有报道称某些突破性的技术将解决电池难题，但是这些技术目前都还没有被真正应用，或者还处于试验阶段。与此相比，海绵硅锂电池不仅更加可行，而且应用难度也要小很多。

目前绝大多数的锂电池在充放电时使用的都是石墨电极。与采用硅电极的锂电池相比，这些传统石墨电极锂电池的容量仅为前者的十分之一。在理想条件下，硅电极锂电池能够提供十倍于石墨电极锂电池的电量，但是考虑到各种损耗因素，从现在的标准来看，硅电极锂电池的容量最终可以达到石墨电极锂电池的2-3倍。

使用硅作为电池电极存在一个问题，那就誓静骤会吸收大量用于储存和产生电量的锂离子，并且在充电过程中其体积将会增加三倍。而这将带来各种各样的问题，比如如何设计电池的储存结构以保证硅在充电时有足够大的空间。为了解决硅体积膨胀的问题，太平洋西北国家实验室的科学家们提出用一种多孔海绵硅来作为锂离子电池的材料，该材料在充电时体积只会增加30%。

简单地说，海绵硅就是内部布满小孔的硅。这种特殊的多孔结构使硅在吸收锂离子时会向内膨胀填满内部的孔洞，从而降低整体向外的膨胀程度。当体积增大30%时，每克海绵硅电极中可以储存750mAh的电量，大约是传统石墨电极的两倍。此外，海绵硅电极锂电池也更加耐用，实验结果显示在充放电1000次之后电池剩余电量仍然能够达到80%。

太平洋西北国家实验室表示他们下一步的目标是制造一个更大的原型电池，其电力将能够驱动一台主流电动汽车。此外，来自硅谷的一家名为Amprius的初创公司也已经开始了硅电极锂电池的开发和商业化过程。虽然Amprius公司的硅电极锂电池的电量只比目前的石墨电极锂电池高出10-50%，但是从较为理想的试验结果来看，这家公司可能会在未来移动设备电池行业占有十分重要的地位。