近日，據(jù)外媒《自然-納米技術(shù)》雜志報道稱，來自佐治亞理工學(xué)院、蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院和橡樹嶺國家實驗室發(fā)現(xiàn)了一種材料——銻晶體，可使鋰離子電池在不犧牲電池壽命的情況下，擁有更多的能量。它在充放電循環(huán)過程中會自發(fā)地、可逆地中空，這一備受期待的特性可以在不影響安全的前提下促進更大的能量密度。
據(jù)介紹，鋰離子電池通過在兩個電極（負電的陰極和正電的陽極）之間來回傳輸離子來產(chǎn)生電力。但在目前的狀態(tài)下，它們已經(jīng)到了極限，即增加鋰離子流動的努力因陽極材料的老化而受阻，陽極材料在充電和放電過程中會膨脹和收縮，導(dǎo)致更大的壓力，從而降低電池的壽命。
現(xiàn)在，科學(xué)家從直徑是人類頭發(fā)直徑的千分之一的微小顆粒中看到了一個解決方案。由于納米材料銻晶體中空的空隙可以適應(yīng)電池充放電時的體積變化，同時提供穩(wěn)定的外表面，從而提高循環(huán)能力。
“有意地對中空納米材料進行工程化已經(jīng)有一段時間了，這是一種很有前途的方法，可以提高高能量密度電池的壽命和穩(wěn)定性，”佐治亞理工學(xué)院的研究員Matthew McDowell表示，“問題一直是，以商業(yè)應(yīng)用所需的大尺度直接合成這些中空納米結(jié)構(gòu)是具有挑戰(zhàn)性的，而且成本很高。我們的發(fā)現(xiàn)可以提供一種更簡單、精簡的過程，以類似于有意設(shè)計的中空結(jié)構(gòu)的方式改善性能?！?
而使用高分辨率電子顯微鏡觀察小型測試電池中的納米顆粒，證實了這種中空行為，并且發(fā)現(xiàn)只有在直徑小于30納米左右的顆粒中才會出現(xiàn)。它的工作原理是通過彈性氧化層，使材料在離子流入陽極時膨脹，但在離子被移除時產(chǎn)生空隙，而不是導(dǎo)致典型的收縮行為。
“當(dāng)我們第一次觀察到獨特的中空行為時，這是非常令人興奮的，我們當(dāng)下就知道這可能對電池性能有重要的影響。”McDowell感嘆道。
雖然這些中空的納米顆粒是一個令人興奮的發(fā)現(xiàn)，但對于該團隊來說，未來還有一些挑戰(zhàn)。因為銻本身價格昂貴，所以目前還沒有用于生產(chǎn)電池電極。
然而，科學(xué)家們懷疑錫或者其他更便宜的材料也可能表現(xiàn)出同樣的空心結(jié)構(gòu)，并希望探索這些可能性，在更大的電池上進行研究，以期努力實現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用。
“對其他材料進行測試，看看它們是否會根據(jù)類似的空心機制進行轉(zhuǎn)化，這是非常有趣的?！盡cDowell指出，“這可以擴大可用于電池的材料范圍。我們制造的小型測試電池顯示出有希望的充放電性能，因此我們希望在更大的電池材料中做評估?！?
