2020年6月10
意外的锑纳米晶体的自发形成中空结构——可以帮助给下一代锂离子电池更高的能量密度不减少电池寿命。可逆架空结构可以使锂离子电池持有更多的能源,因此费用之间提供更多的权力。
流的合金锂离子电池阳极一直是限制因素在多少能量电池能使用传统材料。欧洲杯足球竞彩太多的离子流导致阳极材料膨胀和收缩在充放电循环,导致机械降解,欧洲杯足球竞彩缩短电池寿命。
为了解决这个问题,研究人员之前已经开发出了空心“yolk-shell”纳米颗粒,容纳体积变化引起的离子流动,但制作复杂的和昂贵的。欧洲杯猜球平台
现在,一个研究小组发现,颗粒小于人类头发的宽度一千倍自发形成中空结构在充放电循环不改欧洲杯猜球平台变大小,允许更多的离子流动而不破坏阳极。这项研究是在《华尔街日报》报道,6月1日自然纳米技术。
“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欧洲杯足球竞彩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。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球
“问题是,直接合成这些空心纳米结构所需的大规模商业应用是具有挑战性的和昂贵的。发现可以给我们提供了一个方便,简化过程,可能导致改进性能的方式类似于故意设计中空的结构。”
研究者使用高分辨率的电子显微镜发现了他们,让他们能直接观察电池反应发生在纳米尺度上。“这是一个棘手的类型的实验,但如果你有耐心,做实验,你可以学到真正重要的事情是如何在电池材料的行为,”欧洲杯足球竞彩麦克道尔说。
该小组,包括来自苏黎世ETH和橡树岭国家实验室的研究人员,还用模型来创建一个理论框架来理解为什么纳米粒子自发空心——而不是减少——在去除的锂电池。欧洲杯猜球平台
形成和可逆填充空心粒子的能力在电池循环只发生在敷氧化物锑纳米晶体直径小于大约30纳米。欧洲杯猜球平台研究小组发现,行为源自首次扩张弹性原生氧化层,允许在lithiation——离子流入阳极——但机械防止收缩期间锑形成空洞的离子,这一过程称为delithiation。
一个惊喜的发现是有点,因为之前工作相关材料进行更大的粒子,扩大和收缩而形成中空结构。欧洲杯足球竞彩欧洲杯猜球平台“当我们第一次观察到独特的掏空行为,这是非常令人兴奋的,我们立即知道这可能对电池性能有重大影响,“麦克道尔说。
锑是相对昂贵,而不是目前商用电池电极。但是麦克道尔相信,自然也可能出现在低成本的相关材料,如锡。欧洲杯足球竞彩下一步将包括测试其他材料和路径映射到商业扩大。欧洲杯足球竞彩
“这将会是很有趣的测试其他材料是否根据类似的挖空机制转换,“欧洲杯足球竞彩他说。“这可能扩大范围的材料使用电池。欧洲杯足球竞彩小测试的电池我们捏造的显示有前途的充放电性能,所以我们希望评估材料在较大的电池。”欧洲杯足球竞彩
尽管他们可能代价高昂,self-hollowing锑纳米晶体还有另一个有趣的特性:它们也可用于钠和钾离子电池,新兴系统必须做更多的研究。
“这项工作进展我们了解这种类型的材料电池内部发展,”麦克道尔说。“这些信息将实现的关键材料或在下一代锂离子电池相关材料,将能够储存更多的能量和我们今天一样耐用的电池。”欧洲杯足球竞彩
除了麦克道尔,文章的作者包括马修Boebinger从佐治亚理工学院;卡里尼Yarema Olesya Yarema,凡妮莎木系的信息技术和瑞士苏黎世联邦理工学院的电气工程和Kinga Unocic和雷蒙德Unocic纳米材料科学中心的橡树岭国家实验室。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球
执行这项工作在佐治亚理工学院材料表征设备和电子和纳米技术研究所的一个成员国家纳米技术协调欧洲杯足球竞彩基础设施,这是由美国国家科学基金会(格兰特的eccs - 1542174)。欧洲杯线上买球支持也来自美国能源部科学办公室研究生研究项目研究在橡树岭国家实验室。欧洲杯线上买球
这项研究的一部分进行了中心的纳米材料科学,这是一个美国能源部科学办公室用户设备。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球斯隆研究奖学金提供的支持也是化学斯隆基金会和由瑞士国家科学基金会通过Ambizione奖学金(没有。欧洲杯线上买球161249)。完全的责任作者和内容并不一定代表主办组织的官方观点。
引文:马修·g·Boebinger et al .,“自发的和可逆的挖空的合金阳极纳米晶体稳定的电池循环”(自然纳米技术,2020)。https://doi.org/10.1038/s41565 - 020 - 0690 - 9
来源:https://www.gatech.edu/