纳米技术|纳米技术正在革新锂离子电池：电池更小更轻，能量密度更高锂离子电池

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大多数人都知道太阳能，因为它已经成为一种为家庭供电的方式之一。有些人还听说过太阳能汽车，甚至还可以想象一下一个有太阳能飞机的世界。这一切的背后都是电池在起作用。我们在纳米技术方面的进步使我们能够突飞猛进地改进我们的储能设备。

充满电的电池动画
电池的工作原理
为了理解纳米技术如何实现更好的能量储存，让我们先看看电池是如何工作的。典型的电池由几个单元组成，每个单元包含电解质、阳极和阴极。假设您将电池连接到您想要供电的设备。当你打开这个装置时，阳极和阴极之间就会产生电压。这使得电子流过电线形成电流，为你的设备供电。同时，正离子通过电解液从阳极流向阴极。

电池工作原理图
迁移到阴极的正离子和电子在阴极中结合形成分子。当过多的正离子从阳极迁移到阴极时，电池就耗尽了，必须重新充电才能继续工作。

纳米技术能带来什么优势？
制造优质电池的一个重要因素是功率密度，即每单位重量的电池能够输出多少电能。

纳米线结构允许阳极在充电和放电过程中安全地膨胀和收缩。
今天使用的大多数电池是锂离子电池。这意味着在电池工作期间从阳极移动到阴极的正离子是锂离子。

纳米技术可以提高传统锂离子电池的功率密度。 Amprius Technologies是一家研究这一问题的公司，该公司开发了一种使用硅纳米线电极的锂离子电池。
什么是纳米线，为什么研究人员如此重视它？
在传统的锂离子电池中，石墨被用作负极材料。然而，硅可以储存比石墨多10倍的锂离子。因此，如果用硅代替石墨，传统锂离子电池的功率密度可以提高10倍。这最终会带来更长的电池寿命和更轻的电池。

不同阳极材料的容量图显示，硅可以比传统锂离子电池多存储约10倍的锂离子。
听起来硅好像比石墨好太多了，但是为什么我们一直在锂离子电池中使用石墨阳极？因为事实证明，使用硅阳极会导致阳极在电池运行期间断裂。硅阳极吸收锂离子时膨胀，锂离子离开时收缩。在充电和放电过程中，阳极循环膨胀和收缩，直到硅因应力开裂。

Amprius Technologies通过在阳极中使用硅纳米线而不是传统的硅来解决这个问题。硅纳米线的纳米结构允许安全的体积膨胀和收缩。现在我们可以两全其美了。我们既拥有了硅更高的功率密度，也可以实现膨胀和收缩而不会断裂的效果。

空中客车泽法太阳能飞机，这是一架使用Amprius硅纳米线电池的太阳能飞机。
Amprius的硅纳米线电池已经上市，其最主要的客户是空中客车公司。空客在泽法的HAPS上使用Amprius的电池，这是一种太阳能飞机，可以在2万米以上的高度连续飞行25天以上。

【纳米技术|纳米技术正在革新锂离子电池：电池更小更轻，能量密度更高】储能技术的进步也让我们能够制造更小、更高效、更强大的电池。而目前的进步只是冰山一角。未来纳米技术将把我们的储能能力带向何方？只有时间能证明一切。