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科學家發(fā)現(xiàn)擁有“自發(fā)中空”特性的納米材料 可提升高能鋰電池的性能

據(jù)外媒報導,一個世界科學家團隊發(fā)現(xiàn)了一種資料,能夠使鋰離子電池在不犧牲電池壽數(shù)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)進程中會自發(fā)地、可逆地中空,這一備受等待的特功能夠在不影響安全的前提下促進更大的能量密度。

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鋰離子電池經(jīng)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發(fā)生電力。但在現(xiàn)在的狀態(tài)下,它們現(xiàn)已到了極限。添加鋰離子活動的盡力因陽極資料的老化而受阻,陽極資料在充電和放電進程中會脹大和縮短,導致更大的壓力,然后降低電池的壽數(shù)。

科學家們在“yolk-shel ”顆粒中看到了一個解決方案,由于中空的空地能夠適應電池充放電時的體積變化,一起供給安穩(wěn)的外表面,然后進步循環(huán)能力。長期以來,將金屬合金陽極資料換成這些顆粒一直被視為一種有遠景的途徑,但事實證明,以具有本錢效益的方法制作它們是有問題的。

“有意地對中空納米資料進行工程化現(xiàn)已有一段時間了,這是一種很有前途的辦法,能夠進步高能量密度電池的壽數(shù)和安穩(wěn)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)運用所需的大尺度直接組成這些中空納米結構是具有挑戰(zhàn)性的,而且本錢很高。咱們的發(fā)現(xiàn)能夠供給一種更簡略、精簡的進程,以類似于有意規(guī)劃的中空結構的方法改進功能。”

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和他的搭檔們的發(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端的。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)進程中自發(fā)地中空,而不是像預期的那樣脹大和縮短。

運用高分辨率電子顯微鏡調(diào)查小型測試電池中的納米顆粒,證明了這種中空行為,而且發(fā)現(xiàn)只有在直徑小于30納米左右的顆粒中才會呈現(xiàn)。它的作業(yè)原理是經(jīng)過彈性氧化層,使資料在離子流入陽極時脹大,但在離子被移除時發(fā)生空地,而不是導致典型的縮短行為。

“當咱們第一次調(diào)查到獨特的中空行為時,這對錯常令人興奮的,咱們立即知道這或許對電池功能有重要的影響,”McDowell說。

盡管這些中空的納米顆粒是一個令人興奮的發(fā)現(xiàn),但關于該團隊來說,未來還有一些挑戰(zhàn)。銻自身價格昂貴,因而現(xiàn)在還沒有用于生產(chǎn)電池電極。然而,科學家們懷疑錫等其他更便宜的資料也或許表現(xiàn)出同樣的空心行為。他們現(xiàn)在期望探索這些或許性,并在更大的電池上進行研究,以期盡力實現(xiàn)商業(yè)運用。

“對其他資料進行測試,看看它們是否會根據(jù)類似的空心機制進行轉化,這將對錯常有趣的,”McDowell說?!斑@能夠擴大可用于電池的資料規(guī)模。咱們制作的小型測試電池顯示出有期望的充放電功能,因而咱們期望在更大的電池中評價這些資料。”

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