科学家发现拥有“自发中空”特性的纳米材料可提升高能锂电池的性能

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据外媒报导，一个世界科学家团队发现了一种资料，能够使锂离子电池在不牺牲电池寿数的情况下，拥有更多的能量。该团队发现锑晶体在充放电循环进程中会自发地、可逆地中空，这一备受等待的特功能够在不影响安全的前提下促进更大的能量密度。

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锂离子电池经过在两个电极（负电的阴极和正电的阳极）之间来回传输离子来发生电力。但在现在的状态下，它们现已到了极限。添加锂离子活动的尽力因阳极资料的老化而受阻，阳极资料在充电和放电进程中会胀大和缩短，导致更大的压力，然后降低电池的寿数。

科学家们在“yolk-shel ”颗粒中看到了一个解决方案，由于中空的空地能够适应电池充放电时的体积变化，一起供给安稳的外表面，然后进步循环能力。长期以来，将金属合金阳极资料换成这些颗粒一直被视为一种有远景的途径，但事实证明，以具有本钱效益的方法制作它们是有问题的。

“有意地对中空纳米资料进行工程化现已有一段时间了，这是一种很有前途的办法，能够进步高能量密度电池的寿数和安稳性，”来自佐治亚理工学院的研究作者Matthew McDowell说。“问题一直是，以商业运用所需的大尺度直接组成这些中空纳米结构是具有挑战性的，而且本钱很高。咱们的发现能够供给一种更简略、精简的进程，以类似于有意规划的中空结构的方法改进功能。”

来自佐治亚理工学院、苏黎世联邦理工学院和橡树岭国家实验室的McDowell和他的搭档们的发现是从直径是人类头发直径的千分之一的微小颗粒开端的。研究小组发现，这些氧化涂层锑纳米晶体会在电池循环进程中自发地中空，而不是像预期的那样胀大和缩短。

运用高分辨率电子显微镜调查小型测试电池中的纳米颗粒，证明了这种中空行为，而且发现只有在直径小于30纳米左右的颗粒中才会呈现。它的作业原理是经过弹性氧化层，使资料在离子流入阳极时胀大，但在离子被移除时发生空地，而不是导致典型的缩短行为。

“当咱们第一次调查到独特的中空行为时，这对错常令人兴奋的，咱们立即知道这或许对电池功能有重要的影响，”McDowell说。

尽管这些中空的纳米颗粒是一个令人兴奋的发现，但关于该团队来说，未来还有一些挑战。锑自身价格昂贵，因而现在还没有用于生产电池电极。然而，科学家们怀疑锡等其他更便宜的资料也或许表现出同样的空心行为。他们现在期望探索这些或许性，并在更大的电池上进行研究，以期尽力实现商业运用。

“对其他资料进行测试，看看它们是否会根据类似的空心机制进行转化，这将对错常有趣的，”McDowell说。“这能够扩大可用于电池的资料规模。咱们制作的小型测试电池显示出有期望的充放电功能，因而咱们期望在更大的电池中评价这些资料。”