去年的12月份，由美國西北大學(xué)、韓國漢陽大學(xué)和三星電子有限公司聯(lián)合開發(fā)的一種新型鋰離子電池負(fù)極材料正式面世，這是一種雙層（硅NT和硅鍺陣列）結(jié)構(gòu)的電極。

以往的單層硅納米管被證明可以容許大量的鋰離子進(jìn)行可逆反應(yīng)，這為更大容量鋰離子電池設(shè)計(jì)及其安全運(yùn)行提供了保障。但單層系統(tǒng)的缺點(diǎn)是：由于硅納米管的低導(dǎo)電性和離子擴(kuò)散性不能提供高倍率的放電模式，這就妨礙了硅納米管做負(fù)極的鋰電池被用作大型可再生能源。例如純電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力汽車需要動(dòng)力鋰電池同時(shí)具有高能量密度和高功率密度。

雙層硅鍺納米管使鋰電池結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和電化學(xué)性能得到改進(jìn)。基于動(dòng)力學(xué)和電化學(xué)性能，硅和鍺分別作為鋰電池負(fù)極的內(nèi)外層，雙層次最大限度地減少了機(jī)械力的破壞和陰極的極化反應(yīng)。

從外觀上來年看，雙層電極的厚度為10~15納米，這與原來單層硅納米管的硅殼層厚度為15~20納米不同。

從容量來看，硅鍺納米管的第一次放電容量為1544.6mAh，充電容量為1746.1mAh，其工作電壓為0.01V~2.0V，充電倍率為0.2C，其首次庫侖效率達(dá)到88.5%，比之前的鍺納米線的電極更高。

硅鍺電極系統(tǒng)在3C充電倍率下為鋰電池充電可以充入61%的容量，這比單層的硅電極高出兩倍多，這是由于新的鋰電池負(fù)極結(jié)構(gòu)具有更快捷的電導(dǎo)性和高鋰離子擴(kuò)散系數(shù)。同時(shí)，其內(nèi)部電阻要低得多。

經(jīng)過上述原理的設(shè)計(jì)，采用新材料的鋰離子電池負(fù)極顯示出可改進(jìn)同質(zhì)化硅系統(tǒng)的性能，其3C充電模式下的容量提高了兩倍，并能在50次循環(huán)后仍然保留85%的容量。