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新型锑纳米链电极有望助推锂电池发展

2019-11-01 12:09:21
好消息是,普渡大学的科学家们,刚刚提出了一种类似网状结构的“纳米链”新设计,使得高级电极材料能够发挥更大的效用。而电池研究人员的兴趣,则源于该材料已证实的“可增强实验性锂离子电池的充电性能”的特性。只

目前,许多致力于改进锂电池的研究集中在用于电极的材料上,因为这些材料用于储存离子以产生电流。虽然石墨是目前的首选,但其他材料可以保证更大的容量、更长的使用寿命和更快的充电速度。在一些重要的方面做出某些妥协是正式必要的。好消息是普渡大学的科学家们刚刚提出了一种具有相似网络结构的“纳米链”的新设计,这使得先进的电极材料能够发挥更大的作用。

上图的黑色部分是“纳米链”电极材料(图来自普渡大学/凯拉·威尔)

目前,科学家们正在寻找各种性能更好的材料来代替锂电池中常用的石墨材料,但它们也经常面临其他复杂的挑战,例如太重和形状不规则而不能用于商业产品。

经过不断努力,普渡大学的一个研究小组声称,他们在一种叫做锑的准金属材料的研究上取得了重大突破。

据报道,锑已被人类使用了几千年。它甚至可以追溯到埃及的古董花瓶,甚至被女性用作眼线笔。如今,作为一种阻燃材料,它也广泛应用于电视屏幕和其他电器设备中。

电池研究人员的兴趣源于这种材料被证明的“提高实验锂离子电池充电性能”的特性。然而,到目前为止,当它被内置到能够为智能机器供电的锂离子电池中时,仍然存在棘手的问题。

锑纳米链的三维结构(图:应用纳米材料)

研究人员发现,使用锑和其他类似金属作为电极组件会导致材料在充电时膨胀到原来尺寸的三倍。普渡大学化学工程副教授维拉斯·波尔说:

如果你在智能机器的电池中轻率地使用它,你携带的手榴弹可能随时会失效。为了克服这个设计缺陷,维拉斯·波尔和他的同事们提出了一个非常好的想法。

通过向混合物中添加一种叫做氨硼烷的还原剂和成核剂,研究小组能够将微小的单个锑颗粒结合成网络结构。

氨硼烷是关键,因为它可以在纳米链中形成空隙,这样材料就不会因为膨胀而失效。有趣的是,研究小组发现该方案仅适用于某些类型的氯化锑化合物。

新钮扣电池的想象(来自普渡大学/亨利·哈曼)

在实验室用新方案对电池进行测试,发现原电池在100次充放电循环中能保持锂离子容量稳定。

维拉斯·波尔说:在最初的100次充放电循环中,它基本上没有改变。这意味着我们没有理由怀疑第102个周期会有所不同。

这项研究的细节已经发表在最近出版的《应用纳米材料》杂志上。最初的标题是:

《锂离子储存用三维锑纳米链》