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慶應(yīng)義塾大學(xué)的研究人員在Nano Select雜志上報(bào)告了創(chuàng)新技術(shù),該技術(shù)可以通過(guò)利用激光照射的高效、可持續(xù)的方法將硅廢料回收成電池陽(yáng)極材料。該成果有望在半導(dǎo)體制造和能源相關(guān)行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。
在全球努力使社會(huì)脫碳的背景下,電池構(gòu)成了一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。具體來(lái)說(shuō),科學(xué)家們正致力于提高鋰離子電池的容量和壽命。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的一種方法是將陽(yáng)極材料從碳轉(zhuǎn)換為硅。后者原則上會(huì)導(dǎo)致更大的電池容量。然而,硅陽(yáng)極存在問(wèn)題,因?yàn)樗鼈冊(cè)诔潆姇r(shí)傾向于膨脹,最終導(dǎo)致電池壽命縮短。作為妥協(xié),目前正在研究將硅碳 (Si-C) 復(fù)合材料用作陽(yáng)極材料。具體來(lái)說(shuō),被稱為“Si-C 核殼納米粒子”的結(jié)構(gòu)已顯示出前景。這推動(dòng)了對(duì)此類顆粒的高效生產(chǎn)方法的需求。
在這項(xiàng)研究中,來(lái)自慶應(yīng)義塾大學(xué)的Jiwang Yan及其同事開(kāi)發(fā)了一種單一設(shè)備、單一步驟的工藝,可在短時(shí)間內(nèi)以低成本生產(chǎn) Si-C 納米結(jié)構(gòu)。該方法涉及激光照射,可能會(huì)導(dǎo)致一整類 Si-C 功能納米材料的可持續(xù)制造。
激光照射方法需要專門準(zhǔn)備的目標(biāo)。Yan 及其同事首先混合了微米級(jí)的 Si 和 C 粉末。硅粉由硅片研磨過(guò)程中產(chǎn)生的污泥制成,而碳含量則使用市售的石墨粉。然后將 Si-C 粉末混合物壓制成片。平板電腦目標(biāo)被激光照射,導(dǎo)致它們蒸發(fā)。蒸汽以羽流的形式膨脹和擴(kuò)散,之后形成液滴,然后凝固成納米顆粒。
研究人員通過(guò)電子顯微鏡成像和光譜方法對(duì)納米粒子進(jìn)行了表征。他們的分析表明,形成了兩種類型的核殼納米粒子。在第一種類型中,核心僅由硅組成,而在另一種類型中,核心材料是碳化硅 (SiC)。在這兩種情況下,周圍的殼僅由碳組成。
科學(xué)家們還使用高速攝像機(jī)記錄了激光照射產(chǎn)生的羽流的形成和演變。這有助于他們了解核-殼納米粒子形成的精確程度。在該過(guò)程的早期階段,會(huì)生成 Si 和 SiC 納米顆粒(核心)。然后它們通過(guò)一個(gè)持續(xù)存在于羽流中的碳“云”,核心通過(guò)它獲得碳涂層(殼)。
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