纳米级锑晶体的一个意想不到的特性——中空结构的自发形成——可能有助于在不缩短电池寿命的情况下为下一代锂离子电池提供更高的能量密度。这种可逆的中空结构可以让锂离子电池储存更多的能量，从而在两次充电之间提供更多的电能。

 

长期以来，锂离子在合金电池阳极中的进出一直是传统材料中电池能承载多少能量的一个限制因素。过多的离子流会导致阳极材料膨胀，然后在充放电循环中收缩，导致机械退化，缩短电池寿命。为了解决这个问题，研究人员之前已经开发出了空心的“蛋黄壳”纳米颗粒，杏耀代理开户它可以适应由离子流引起的体积变化，但是制造它们非常复杂且昂贵。

 

现在， 注册杏耀平台的理由 ，一个研究小组发现，比人类头发宽度小一千倍的粒子在充放电循环过程中自发形成中空结构，而不改变大小，允许更多的离子流而不损害阳极。这项研究发表在6月1日的《自然纳米技术》杂志上。

 

“故意工程空心纳米材料已经完成一段时间了,这是一种很有前途的方法来改善电池的寿命和稳定性高的能量密度,”马修·麦克道尔说,助理教授乔治·w·伍德拉夫机械工程学院材料科学与工程学院乔治亚理工学院。“问题是，直接合成商业应用所需的大规模中空纳米结构具有挑战性和昂贵。我们的发现可以提供一个更简单、更精简的过程，从而在某种程度上提高性能，类似于有意设计的空心结构。”

 

研究人员使用了高分辨率电子显微镜来观察电池在纳米尺度上的反应。麦克道尔说:“这是一个棘手的实验，但如果你有耐心并正确地做实验，你就能了解材料在电池中的表现。”

 

这个团队，包括来自苏黎世联邦理工学院和橡树岭国家实验室的研究人员，也使用模型建立了一个理论框架来理解为什么纳米粒子在从电池中取出锂时自发地中空而不是收缩。

 

在电池循环过程中形成和可逆填充空心粒子的能力只出现在直径小于30纳米的氧化镀锑纳米晶体中。研究小组发现，这种行为源于具有弹性的天然氧化层，它在锂化过程中允许初始膨胀——离子流入阳极——但在机械上阻止了收缩，因为在离子去除过程中，锑会形成空洞，这个过程被称为delithiation。

 

这个发现有点令人惊讶，因为早期有关材料的研究是在更大的粒子上进行的，这些粒子会膨胀和收缩，而不是形成中空结构。麦克道尔说:“当我们第一次观察到这种独特的空心化行为时，我们非常兴奋，我们立即意识到这可能对电池性能有重要的影响。”

 

锑相对昂贵，目前还没有用于商业电池电极。但是麦克道尔相信，自发的空心化也可能发生在成本较低的相关材料中，比如锡。接下来的步骤将包括测试其他材料，并绘制出扩大商业规模的路径。

 

他说:“测试其他材料，看看它们是否也能按照类似的中空机制转化，杏耀注册这将是很有趣的。”“这将扩大可用于电池的材料的范围。我们制作的小型测试电池显示出良好的充放电性能，所以我们想在大型电池中评估这种材料。”

 

虽然价格昂贵，但自掏空锑纳米晶体还有另一个有趣的特性:它们还可以用于钠离子和钾离子电池，这是一种尚待进一步研究的新兴系统。

 

麦克道尔说:“这项工作推进了我们对这种材料在电池内部如何进化的理解。”“这些信息对于将材料或相关材料制成下一代锂离子电池至关重要。下一代锂离子电池将能够储存更多的能量，而且和我们今天拥有的电池一样耐用。”