陳根：“自發中空”特性納米材料，可提升高能鋰電池性能_風聞

文/陳根

近日，一個國際科學家團隊在《自然·納米技術》雜誌上發佈了一項研究，**研究展示了****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。**該團隊發現銻晶體在充放電循環過程中會自發地、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更大的能量密度。

 一般情況下，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生電力。**但在目前的狀態下，它們已經到了極限。**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，導致更大的壓力，從而降低電池的壽命。

此外，用於鋰離子電池的高容量合金陽極材料長期以來一直受到鋰插入和去除過程中大體積變化引起的有限循環性的阻礙。空心和蛋黃殼納米結構已被用於通過提供內部空隙空間以適應體積變化和機械和尺寸穩定的外表面來增加循環穩定性。然而，這些材料需要複雜的合成程序。

**而研究人員****使用原位透射電子顯微鏡，顯示足夠小的銻納米晶體在去除鋰時自發形成均勻的空隙，然後在循環期間可逆地填充和騰出鋰。**研究的發現源於彈性天然氧化物層，其允許在鋰化期間的初始膨脹但機械地防止收縮，因為銻在脱鋰期間形成空隙。

隨後，研究人員開發瞭解釋這些觀察結果的化學機械模型，並且證明了這種行為與尺寸有關。因此，銻自然演變形成合金陽極的最佳納米結構，正如通過半電池配置的電化學實驗所示，其中15nm銻納米晶體具有比較大納米顆粒更高的庫侖效率。

雖然這些中空的納米顆粒是一個令人興奮的發現，但對於該團隊來説，未來還有一些挑戰。銻本身價格昂貴，因此目前還沒有用於生產電池電極，此外，科學家們懷疑錫等其他更便宜的材料也可能表現出同樣的空心行為。研究人員們****現在希望探索這些可能性，並在更大的電池上進行研究，以期努力實現商業應用。