具有自发中空特性锑晶体 可再次提升高能性锂电池质量

据悉，一个国际科学家团队发现了一种纳米材料，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。该团队发现锑晶体在充放电循环过程中会自发地、可逆地中空，这一备受期待的特性可以在不影响安全的前提下进一步提升高能性锂电池的质量，如能量密度。该研究成果已发表在《自然-纳米技术》杂志上。

锂离子电池是通过在两个电极（负电的阴极和正电的阳极）之间来回传输离子来产生电力。但是在目前的状态下，该种电池若想进一步提高能量密度的话空间已经很小。带电锂离子的运动速度会随着电池阳极材料的老化而减慢，阳极材料在充电和放电过程中会发生体积膨胀和收缩，从而降低电池的循环使用寿命。

对此，科学家们在“yolk-shel ”颗粒中看到了一个解决方案，由于中空的空隙可以适应电池充放电时的体积变化，并能提供稳定的外表面，从而提高电池循环能力。长期以来，将金属合金阳极材料换成这些颗粒一直被视为一种有前景的途径，但事实证明，以具有成本效益的方式制造它们是有问题的。

来自佐治亚理工学院的研究作者Matthew McDowell表示，他们发现一种更简单的过程，能有效改善有意设计中空结构的方式。

McDowell和其他研究者发现氧化涂层锑晶体纳米材料会在电池循环过程中自发中空，而不是像预期的那样膨胀和收缩，而且是从直径是人类头发直径的千分之一的微小颗粒开始的。

使用高分辨率电子显微镜观察小型测试电池中的纳米颗粒，证实了这种中空行为，并且发现只有在直径小于30纳米左右的颗粒中才会出现。它的工作原理是通过弹性氧化层，使材料在离子流入阳极时膨胀，但在离子被移除时产生空隙，而不是导致典型的收缩行为。

虽然这些中空的纳米颗粒是一个令人兴奋的发现，但对于佐治亚理工学院研究团队来说，未来还有一些挑战，因为锑本身价格昂贵，因此目前还没有用于生产电池电极。并且，科学家们还怀疑锡等其他更便宜的材料也可能表现出同样的空心行为，以进一步扩大可用于高性能锂电池的材料范围，尽可能实现商业应用。

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