美國西北大學(xué)教授哈羅德?孔博士在近期的《高級能量材料》雜志上發(fā)表文章，對提高鋰電池儲能和充電效率的“夾心”與“鉆孔”技術(shù)作了詳細(xì)介紹。

夾心技術(shù)提高儲能效率

鋰離子電池中的鋰離子位于電池正極材料“石墨烯”之間，“石墨烯”是層層疊疊的碳原子，鋰離子也就位于這些碳層之間。鋰電池充電就是將鋰離子送往電池正極的過程，放電即工作時則恰恰相反。因此，鋰離子電池的儲電量是由能夠到達(dá)正極的鋰離子數(shù)量決定的。

傳統(tǒng)的“石墨烯”鋰離子電池中，每六個碳原子可容納一個鋰原子。為了增加儲電量，科學(xué)家嘗試過用硅來代替碳，因?yàn)槊克膫€硅原子可以容納一個鋰原子，所以，從理論上來說，用硅取代碳可以獲得超過三成以上的儲電量。

但硅元素的缺點(diǎn)是充放電時會熱脹冷縮，功率大時可能發(fā)生碎裂，從而損壞電池，使電池迅速失去電力。

夾心技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，其做法是：將細(xì)小的硅簇夾在兩個碳層中間，從而生成新的包含硅原子的“石墨烯”。結(jié)果是：在充放電過程中石墨烯的碳層和硅簇共同膨脹與收縮，而不至于破裂，有效地提高了電池的能量密度，使得儲電量在電池結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的前提下得以提升。

鉆孔技術(shù)提高充電效率

充電就是鋰離子進(jìn)入正極石墨烯片中心的過程，也就是說，鋰離子就位的時間越短，則充電越快，效率越高，因此，影響充電效率的是石墨烯的形狀。

傳統(tǒng)的石墨烯片是一個薄膜狀結(jié)構(gòu)，厚度僅有一個原子，這使得它的面積顯得相當(dāng)龐大。鋰電池充電時，鋰離子必須從石墨烯的邊緣地帶向前移動爬到兩個石墨烯片也就是兩碳層中間停留。如果眾多的鋰離子同時向中間地帶爬行，必然會造成擁擠，也就影響到充電時間的延長。

鉆孔技術(shù)就是通過在石墨烯上鉆孔給這些鋰離子開辟多條道路，多一條通道就多一倍效率。具體做法是：在碳層上鉆出數(shù)以百萬計(jì)的直徑為10~20納米之間的小孔，由于氧化作用，鋰離子能夠更加自由地在電池中穿行而不堵塞，從而提高充電效率。

通過上述兩個工藝的改進(jìn)，使得鋰電池能量密度大幅度提高，儲電量和充電速度可以提高十倍。