新发现的一种纳米材料,可提升锂电池性能

2020-09-03 09:01 ryder

据国外媒体报道,一个国际科学家团队发现了一种材料,可以使锂离子电池在不牺牲电池寿命的情况下拥有更多的能量。研究小组发现,锑晶体在充放电循环过程中会自发地可逆地空心化,这是一个备受期待的特性,可以在不影响安全的情况下提高能量密度。
锂离子电池通过在正负两个电极之间来回转移离子来发电。但在目前的状态下,他们已经达到了极限。增加锂离子流量的努力受到阳极材料老化的阻碍,在充放电过程中,阳极材料会膨胀和收缩,从而产生更大的压力,从而降低电池寿命。
 
科学家们在“蛋黄谢尔”颗粒中看到了一种解决方案,因为中空的空间能够适应电池充放电时的体积变化,同时提供稳定的外表面,从而提高循环能力。长期以来,人们一直认为用这些粒子代替金属合金阳极材料是一种很有前途的方法,但事实证明,以一种经济有效的方式制造这些粒子存在问题。
 
乔治亚理工学院(Georgia Institute of technology)的研究作者马修·麦克道尔(Matthew McDowell)说:“空心纳米材料的有意工程已经成为提高高能密度电池寿命和稳定性的一个有希望的途径。”一直以来的问题是,在商业应用所需的大规模上直接合成这些空心纳米结构具有挑战性,而且成本高昂。我们的发现可以提供一个更简单、流线型的流程,以类似于有意设计的空心结构的方式提高性能。”
 
来自乔治亚理工学院、苏黎世联邦理工学院和橡树岭国家实验室的麦克道尔和他的同事们开始研究直径为头发千分之一的微小颗粒。研究小组发现,这些被氧化物包裹的锑纳米晶在细胞周期中自发地空心化,而不是像预期的那样膨胀和收缩。
 
利用高分辨电子显微镜在小的测试池中观察纳米颗粒,证实了这种空心行为,发现只有直径小于30nm的颗粒才会出现。其工作原理是使材料在离子通过弹性氧化层进入阳极时膨胀,而在离子去除时产生间隙,而不是导致典型的收缩行为。
 
麦克道尔说:“当我们第一次观察到这种独特的中空行为时,它非常令人兴奋,我们马上就知道它可能对电池性能产生重要影响。”。
虽然这些空心纳米颗粒是一个令人兴奋的发现,但团队面临着挑战。锑本身很贵,所以它还没有被用来生产电池电极。然而,科学家们怀疑,其他更便宜的材料,如锡,可能会表现出同样的空心行为。他们现在希望探索这些可能性,并致力于更大的电池,以实现商业应用。
 
麦克道尔说:“测试其他材料,看看它们是否会基于类似的中空机制进行转化,这将是一件有趣的事情。”这可以扩大电池可用材料的范围。我们的小型测试电池显示出很有前途的充放电性能,因此我们希望在更大的电池中评估这些材料。”
 
这项研究发表在《自然纳米技术》杂志上。

声明: 本站所发布文章,均来自于互联网,不代表本站观点,如有侵权,请联系删除  微信:13544194141

   声明: 本站所发布文章,部分图片和内容自于互联网,如有侵权,请联系删除  微信:13544194141
用手机扫描二维码关闭
二维码