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第103章 这就是我们理想中的负极材料

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    第103章  这就是我们理想中的负极材料

    “嗯,我也是在查看实验数据的时候,恰好想到了这个方向罢了。其实要是实验时间足够的话,我们早晚也是要进行循环次数的极限测试的。”

    “哎,道理是这个道理,但真正做起实验来,时间永远是不够用的。要是再过几个月才发现这个问题,再去进行详细的研究,不知道要耽误多少的时间。”

    想到这,徐洲不禁也有些无可奈何。

    即使现在看来,之前自己的实验思路也是没有问题的,但宁晨却总能比自己更敏锐的找到关键的实验思路。

    徐洲总觉得,宁晨好像有什么特殊能力一般,但作为一名坚定的唯物主义者,徐洲知道这并不是什么科学的想法。

    徐洲也只能承认,和真正的天才相比,自己还是显得普通了一些。

    就在宁晨和徐洲讨论这些问题的时候,隋枫已经带着试样回到了实验室。

    见到隋枫回来,徐洲兴奋的问道:

    “隋枫,已经测完了吗?”

    “徐老师,你看这里的图像。你觉不觉得,这里的多孔硅纳米材料,体积好像有些变化?”

    其实以图像的精度来看,这种变化并不是太容易被发觉,只是宁晨对于这种多孔硅纳米材料非常的熟悉,因而才会敏锐的察觉到这种变化。

    接下来的时间里,徐洲和宁晨继续研究着解决这个问题的具体方案。

    最终的成绩,也证明了宁晨真的具有这样的成绩。

    这代表着宁晨仅用了几乎不到两年的时间,就修完了材料和数学的本科双学位。

    “怎么样,看出原因了吗?”

    首先,多孔纳米硅-金属负极材料的实验还需要继续进行,他们要找到最适合与多孔硅进行搭配的金属物质。

    比如说,是选择添加石墨,碳纳米管,还是中间相碳微球。

    而因为宁晨在这两个领域,都已经做出了非常优秀的成果,不需要再另外进行毕业设计,毕业答辩也只是走走过场就可以了。

    因为电解液会与电极材料不断的进行反应,这些反应生成的物质,就会慢慢在电极材料附近进行积累,形成一层钝化层。

    “不对……多孔硅纳米材料的体积,相比之前好像有了比较明显的变化。或许,这才是造成这个现象出现的根本原因。”

    “没错,确实是负极材料表面的钝化层。可是这为什么会对锂电池循环容量造成如此急剧的影响呢?”

    这种钝化层会对电极材料的性能产生一些影响,这些影响有好有坏,其中的一种负面影响,就是会降低电极材料的充放电效率,特别是对负极材料的影响更为明显。

    证明工作进行到这里,宁晨也知道,距离自己彻底解决秋成同猜想,也只有一步之遥了。

    寒假开始之后,宁晨没有马上回家,而是暂时留在学校,继续进行着有关硅基负极材料的实验。

    这其中,最令大家满意的,是一种多孔纳米硅-银-碳的复合材料。

    ……

    添加的碳层要多厚,才能够在保护多孔纳米硅的同时,也不会影响到电池的容量。

    其实在锂电池充放电的过程中,形成这种钝化层是非常正常的事情。

    “是的,我到那之后,老师就安排我进行实验了。”

    找到了实验现象的原因后,宁晨和徐洲都陷入了沉默之中,各自思考起解决这个问题的方法。

    碳材料具有良好的导电性、体积变化小、适当的嵌锂能力等优点,非常适合与硅基复合材料进行结合。

    <div  class="contentadv">        宁晨不禁在心中感叹,徐洲在材料领域上的确很有自己独到的想法,很多地方都值得宁晨去学习。

    “没错,刚刚我也有这样的感觉。这么说来,很可能是因为在负极材料表面生成的钝化层,对多孔硅纳米材料起到了压迫作用。这种压迫作用正常只会缓慢的降低负极材料的循环性能,但随着这种作用的不断积累,就有可能对多孔硅纳米材料产生结构性的破坏。”

    经过大量的测试,这种材料表现出了较高的首次可逆容量,在多次循环后,可逆容量依然维持在一个较高的水平上。

    硅和碳的复合物,要通过什么样的方法进行合成,等等。

    其次,在材料外层添加碳层的思路上,他们也要进行大量的实验工作。

    宁晨剩下需要做的,就是完成毕业设计和毕业答辩了。

    现在的实验已经进入到了收尾阶段,经过不断的测试,大家找到了几种有潜力进入到应用阶段的硅基锂电池负极材料。

    隋枫则是在一旁等待着,反正隋枫也知道,这种级别的问题,肯定不是自己能够解决的。

    其实这对于宁晨来说这并不算什么,因为很多考试科目的知识自己早就学完了,并不需要宁晨在上面投入太大的精力。

    听到徐洲的方案,宁晨也不禁用力的点了点头。

    到了学期期末,为了早一些拿到本科学位证和毕业证,宁晨连续完成了三十多个科目的期末考试。

    不过在宁晨的不断坚持下,学校还是同意了宁晨的请求。

    隋枫去的时候,正好赶上检测中心老师休息的时间,不过因为徐洲的电话,检测中心还是非常爽快的帮隋枫安排了实验。

    这听起来是项不可思议的事情,学校一开始也跟宁晨再三确认,是否真的要在一学期就考这么多的科目。

    “是的,多孔硅纳米材料相比于常规的碳负极材料,各项物理性质还是要脆弱一些。即便加入了金属物质,这种情况并没有彻底的被解决。”

    “嗯,大概是因为在负极材料表面生成的钝化层。具体的还是看扫描电镜的图像吧。”

    经过改良之后的负极材料,在电池寿命上有了明显的提升,同时在经历多次充放电循环之后,也不会再出现可逆容量明显下降的情况了。

    ……

    不仅每一科都顺利的通过,而且绝大部分科目的成绩都达到满分或是接近满分,这让老师们都感到惊叹不已。

    说着,隋枫将刚刚做完的扫描电镜图像找了出来,给宁晨和徐洲看了过去。

    这个时候,宁晨突然想到了什么,继续查看起隋枫做的这些扫描电镜图像。

    而在这期间,宁晨也完成了有关秋成同猜想第二阶段的证明工作,并将其整理成论文,再次投递到了《米国数学会杂志》。

    这个时候,徐洲似乎又想到了什么主意,对宁晨说道:

    “我们可以这样尝试一下。在硅和金属的复合材料外层,再加入一层较薄的碳结构。这种碳结构可以阻止电解液和多孔硅纳米材料的直接接触,同时对电池的能量密度也不会有明显的影响。”

    想到这,宁晨说道:

    时间一天天过去,徐洲、宁晨、隋枫等人一起进行了大量的实验,在经历了无数次失败的同时,也收获了很多非常有价值的实验现象和实验结论。

    每一科的考试,宁晨也都会在考试开始后半个小时左右,就完成作答并提前交卷,就像走马观花一般轻松。

    但这种影响往往是比较缓慢的,并不会对锂电池的性能造成断崖式的影响。

    看到扫描电镜的图像,宁晨和徐洲也都看出了图像中的物质是什么。

    徐洲、宁晨等人一起讨论了几天,才将实验方案确定了下来。

    经过一番分析,徐洲找到了出现这个现象可能的机理,宁晨听完也对此表示着赞同。

    而因为碳层的保护作用,多孔硅纳米粒子并不会受到电解液的影响,即便是500次循环之后,电池的可逆容量也没有再出现急剧下滑的情况。

    金属银的加入,虽然让锂电池的成本提升了一些,但仍然在可以接受的范围内。

    徐洲向许寿告知了实验组的实验进度,许寿得知实验组已经有了这些突破之后,马上表示会尽快飞往盛州,了解相关的实验情况。

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