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科学家发现拥有“自愿中空”特性的纳米原料可升迁高能锂电池的性能

admin 2020-06-17 12:32 未知

原标题:科学家发现拥有“自愿中空”特性的纳米原料可升迁高能锂电池的性能

据外媒报道,一个国际科学家团队发现了一栽原料,能够使锂离子电池在不捐躯电池寿命的情况下,拥有更众的能量。该团队发现锑晶体在充放电循环过程中会自愿地、可反地中空,这一备受憧憬的特性能够在不影响坦然的前挑下促进更大的能量密度。

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锂离子电池议决在两个电极(负电的阴极和正电的阳极)之间来回传输离子来产生电力。但在现在的状态下,它们已经到了极限。增补锂离子起伏的竭力因阳极原料的老化而受阻,阳极原料在充电和放电过程中会膨大和缩短,导致更大的压力,从而降矮电池的寿命。

科学家们在“yolk-shel ”颗粒中望到了一个解决方案,原由中空的闲逸能够适宜电池充放电时的体积转折,同时挑供安详的外皮面,从而挑高循环能力。永远以来,将金属相符金阳极原料换成这些颗粒不息被视为一栽有前景的途径,但原形表明,以具有成本收好的手段制造它们是有题目的。

“有意地对中空纳米原料进走工程化已经有一段时间了,这是一栽很有前途的手段,能够挑高高能量密度电池的寿命和安详性,”来自佐治亚理工学院的钻研作者Matthew McDowell说。“题目不息是,以商业行使所需的大尺度直接相符成这些中空纳米组织是具有挑衅性的,而且成本很高。吾们的发现能够挑供一栽更浅易、精简的过程,以相通于有意设计的中空组织的手段改善性能。”

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和他的同事们的发现是从直径是人类头发直径的千分之一的微弱颗粒开起的。钻研幼组发现,这些氧化涂层锑纳米晶体会在电池循环过程中自愿地中空,而不是像预期的那样膨大和缩短。

行使高分辨率电子显微镜不悦目察幼型测试电池中的纳米颗粒,证实了这栽中空走为,并且发现只有在直径幼于30纳米旁边的颗粒中才会展现。它的做事原理是议决弹性氧化层,使原料在离子流入阳极时膨大,但在离子被移除时产生闲逸,联系我们而不是导致典型的缩短走为。

“当吾们第一次不悦目察到稀奇的中空走为时,这是专门令人奋发的,吾们立即清新这能够对电池性能有主要的影响,”McDowell说。

固然这些中空的纳米颗粒是一个令人奋发的发现,但对于该团队来说,异日还有一些挑衅。锑自己价格腾贵,所以现在还异国用于生产电池电极。然而,科学家们疑心锡等其他更益处的原料也能够外现出同样的空心走为。他们现在期待追求这些能够性,并在更大的电池上进走钻研,以期竭力实现商业行使。

“对其他原料进走测试,望望它们是否会按照相通的空心机制进走转化,这将是专门趣味的,”McDowell说。“这能够扩大可用于电池的原料周围。吾们制造的幼型测试电池表现出有期待的充放电性能,所以吾们期待在更大的电池中评估这些原料。”

该钻研发外在《自然-纳米技术》杂志上。

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