科學家發(fā)現(xiàn)擁有“自發(fā)中空”特性的納米材料

時間：2020-06-16作者：東莞市碩方電子科技有限公司瀏覽：143

據(jù)外媒報道，一個**科學家團隊發(fā)現(xiàn)了一種材料，可以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。該團隊發(fā)現(xiàn)銻晶體在充放電循環(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較大的能量密度。
 
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。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，導致較大的壓力，從而降低電池的壽命。
 
科學家們在“yolk-shel ”顆粒中看到了一個解決方案，由于中空的空隙可以適應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。長期以來，將金屬合金陽極材料換成這些顆粒一直被視為一種有前景的途徑，但事實證明，以具有成本效益的方式制造它們是有問題的。
 
“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，”來自佐治亞理工學院的研究作者Matthew McDowell說?！皢栴}一直是，以商業(yè)應用所需的大尺度直接合成這些中空納米結構是具有挑戰(zhàn)性的，而且成本很高。我們的發(fā)現(xiàn)可以提供一種較簡單、精簡的過程，以類似于有意設計的中空結構的方式改善性能?！?
 
來自佐治亞理工學院、蘇黎世聯(lián)邦理工學院和橡樹嶺國家實驗室的McDowell和他的同事們的發(fā)現(xiàn)是從直徑是人類頭發(fā)直徑的千分之一的微小顆粒開始的。研究小組發(fā)現(xiàn)，這些氧化涂層銻納米晶體會在電池循環(huán)過程中自發(fā)地中空，而不是像預期的那樣膨脹和收縮。
 
 
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，而不是導致典型的收縮行為。
 
“當我們**次觀察到*特的中空行為時，這是非常令人興奮的，我們立即知道這可能對電池性能有重要的影響，”McDowell說。
 
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)。銻本身價格昂貴，因此目前還沒有用于生產(chǎn)電池電極。然而，科學家們懷疑錫等其他較*的材料也可能表現(xiàn)出同樣的空心行為。他們現(xiàn)在希望探索這些可能性，并在較大的電池上進行研究，以期努力實現(xiàn)商業(yè)應用。
 
“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化，這將是非常有趣的，”McDowell說。“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，因此我們希望在較大的電池中評估這些材料。”
 
該研究發(fā)表在《自然-納米技術》雜志上。




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