據(jù)悉，該小組在關注能源相關材料的國際期刊《先進能源材料》上，發(fā)表了名為《平面空穴制成高功率硅-石墨烯復合電極用于鋰離子電池》（In-Plane Vacancy-Enabled High-Power Si-Graphene Composite Electrode for Lithium-Ion Batteries）的論文。
該小組自信地表示，利用該技術為手機、電腦等電池充電，充電速度比目前其它電池要快10倍，僅需要15分鐘，但電量可以持續(xù)使用一周左右。“即使經(jīng)過150次充電，或者使用時間超過1年甚至更長，電池效率仍然比當今市場上的鋰離子電池高5倍。”該小組負責人、西北大學麥考密克工程和應用科學學院教授哈羅德博士稱。
哈羅德表示，鋰離子的密度和活動是這一技術的關鍵，而我們找到了一種可以容納更多離子并加快它們活動的方法，以此來改變電池的整體效率。
事實上，鋰離子電池充電主要是在電池兩端間傳送，也就是在正極和負極間傳送。目前的鋰電池中，正極制備主要采用多層碳基石墨烯薄片，每6個碳原子只能容納1個鋰原子。由此，小組嘗試利用硅取代碳，因為每1個硅原子可容納 4個鋰原子，但在充電過程中，硅膨脹和收縮很劇烈，會導致破裂，迅速喪失充電容量。
為了穩(wěn)定硅，研究小組把成簇的硅夾在柔性石墨烯薄片之間，這間接使更多數(shù)量的鋰原子停留在電極上，然后利用柔性石墨烯薄片的特點適應充電過程中硅的體積變化。即使最后硅簇破裂，這些柔性石墨烯薄片也大大降低了硅膨脹和收縮造成的容量損失。
此外，充電電流速度是掌控電池充電時間的主因。但由于石墨烯薄片非常薄，鋰離子從正極移動到負極的過程中較為“擁擠”，速度受限，充電時間自然很長。對此，研究小組利用化學氧化過程，在石墨烯薄片上戳出成千上萬個10—20納米的微孔，讓鋰離子可以抄近路迅速到達負極，這樣充電的時間就大幅縮短了。
哈羅德估計，該技術為未來鋰電池的發(fā)展拓寬了道路，小到手機，大到電動汽車都可以應用這一技術。“我確信，未來3—5年內這一技術會出現(xiàn)在市面上。”哈羅德表示。
