美國堪薩斯州立大學(xué)工程師研發(fā)出一種類似紙一樣的電池電極，可幫助開發(fā)出更好的太空探索或無人機(jī)工具。

機(jī)械和核工程副教授GurpreetSingh及其研發(fā)小組采用碳氧化硅玻璃和石墨烯創(chuàng)造出電池電極。

此種電池電極具備很多特性：比其他電池電極輕10%之多，循環(huán)效率接近100%，超過1000次充電放電循環(huán)；制作材料成本低廉，由硅行業(yè)附屬品制成；可在零下15℃時正常工作，可廣泛應(yīng)用于航天特種領(lǐng)域。

Singh的研究團(tuán)隊(duì)一直在探索電池電極設(shè)計的新型材料組合，發(fā)現(xiàn)很難實(shí)現(xiàn)將石墨烯和硅合并到實(shí)際的電池中，其存在很多技術(shù)挑戰(zhàn)--例如單位體積內(nèi)電容量小、循環(huán)效率低以及化學(xué)-機(jī)械的不穩(wěn)定性。

該團(tuán)隊(duì)通過制造一個自支撐以及由被稱為硅碳氧化物的玻璃陶瓷夾在化學(xué)或非化學(xué)改性的石墨烯片狀材料構(gòu)成的三明治結(jié)構(gòu)的電極，解決這些技術(shù)挑戰(zhàn)。

該電極電容量高，每克約為600毫安小時--每立方厘米400毫安小時。此種類似紙一樣的設(shè)計是由20%的化學(xué)改性石墨烯片狀材料構(gòu)成。

此種類似紙一樣的設(shè)計與現(xiàn)在使用的電池電極不同，因?yàn)樗私饘俨С趾途酆衔锬z。這種設(shè)計可將電池總重量減輕10%。

這種輕量級電極能存儲鋰離子和電子，循環(huán)效率接近100%，超過1000次充電放電循環(huán)；最重要的是這種材料在實(shí)際應(yīng)用中也可達(dá)到這種水平。

這種類似紙一樣的電極電池，當(dāng)處于零下15℃長達(dá)一個月之久時，電容量可達(dá)到每克200毫安小時。很多電池在這么低的溫度下都無法正常工作。

碳氧化硅電極預(yù)計成本較低，因?yàn)樵?液態(tài)樹脂是硅產(chǎn)業(yè)的副產(chǎn)品。

展望未來，Singh及其團(tuán)隊(duì)要應(yīng)對實(shí)際挑戰(zhàn)。Singh的目標(biāo)是生產(chǎn)出更大尺寸的電極材料。例如，現(xiàn)在的鉛筆芯電池使用石墨涂層銅箔電極長度超過一英尺。該團(tuán)隊(duì)還要進(jìn)行機(jī)械彎曲試驗(yàn)看他們?nèi)绾斡绊懶阅軈?shù)。

碳氧化硅也可通過3D打印技術(shù)完成，這將是我們研究的另外一個領(lǐng)域。