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科学家提出新型锑纳米链电极材料有望替代锂电池石墨材料

2019-11-14 17:17:27

当下许多致力于改善锂电池的研究，都集中在电极所用的材料上，因为材料用于存储离子以产生电流。尽管石墨是目前的首选，但其它材料的确可以保证更大的容量、使用寿命、以及更快的充电速度，正式需要在某些重要的方面做出一定的妥协。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”（Nanochains）新设计，使得高级电极材料能够发挥更大的效用。

当下科学家们正在寻找各种性能更佳优异的材料，来替代通常用于锂电池的石墨材料，但也经常面临着其它复杂的挑战，比如重量太大、形状不规则而难以用于商业产品上。

在持续努力下，普渡大学的一支研究团队声称，其在一种被称为锑（Antimony）的准金属材料研究方面，取得了重大的突破。

据悉，锑（Sb）已经被人类使用数千年，甚至可追溯到埃及的文物花瓶、甚至被妇女用作眼线笔。现如今，它作为一种阻燃材料，在电视屏幕和其它电气设备中也得到了广泛的运用。

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。只是截至目前，将其内置到可为智能机供电的锂离子电池中，仍存在着棘手的问题。

锑纳米链的三维结构（图自：Applied Nano Materials）

研究人员发现，使用锑金属和其它类似金属作为电极成分，会使材料在充电时膨胀至原始尺寸的三倍。普渡大学化学工程副教授 Vilas Pol 表示：

若贸然在智能机电池中运用，无异于随身携带着一枚随时可能失效的手雷。而为了克服这项设计缺陷，Vilas Pol 与同事们提出了一个很好的想法。

通过在混合物中添加一种被称作氨硼烷（ammonia -borane）的还原剂、以及一种成核剂（nucleating agent），研究团队能够将微小的单个锑颗粒结合成网状结构。

氨硼烷是其中的关键，因为它能够在纳米链中形成空隙，使得材料不会因膨胀而失效。有趣的是，研究团队发现该方案也仅适用于特定类型的氯化锑（antimony-chloride）化合物。

新型纽扣电池的想象图（来自：Purdue University / Henry Hamann）

其在实验室中测试了采用新方案的电池，结果发现原型电池可在 100 个充放电循环中，保持锂离子容量的稳定。

Vilas Pol 表示：在前百个充放电周期内，它基本上没有发生什么变化。这意味着我们没理由怀疑它会在第 102 周期有什么不同。

有关这项研究的详情，已经发表在近日出版的《应用纳米材料》（Applied Nano Materials）期刊上。原标题为：

《Three-Dimensional Antimony Nanochains for Lithium-Ion Storage》

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