據國外媒體報道，一個國際科學家團隊發現了一種材料，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。研究小組發現，銻晶體在充放電循環過程中會自發地可逆地空心化，這是一個備受期待的特性，可以在不影響安全的情況下提高能量密度。
鋰離子電池通過在正負兩個電極之間來回轉移離子來發電。但在目前的狀態下，他們已經達到了極限。增加鋰離子流量的努力受到陽極材料老化的阻礙，在充放電過程中，陽極材料會膨脹和收縮，從而產生更大的壓力，從而降低電池壽命。
科學家們在“蛋黃謝爾”顆粒中看到了一種解決方案，因為中空的空間能夠適應電池充放電時的體積變化，同時提供穩定的外表面，從而提高循環能力。長期以來，人們一直認為用這些粒子代替金屬合金陽極材料是一種很有前途的方法，但事實證明，以一種經濟有效的方式制造這些粒子存在問題。
喬治亞理工學院（Georgia Institute of technology）的研究作者馬修·麥克道爾（Matthew McDowell）說：“空心納米材料的有意工程已經成為提高高能密度電池壽命和穩定性的一個有希望的途徑。”一直以來的問題是，在商業應用所需的大規模上直接合成這些空心納米結構具有挑戰性，而且成本高昂。我們的發現可以提供一個更簡單、流線型的流程，以類似于有意設計的空心結構的方式提高性能。”
來自喬治亞理工學院、蘇黎世聯邦理工學院和橡樹嶺國家實驗室的麥克道爾和他的同事們開始研究直徑為頭發千分之一的微小顆粒。研究小組發現，這些被氧化物包裹的銻納米晶在細胞周期中自發地空心化，而不是像預期的那樣膨脹和收縮。
利用高分辨電子顯微鏡在小的測試池中觀察納米顆粒，證實了這種空心行為，發現只有直徑小于30nm的顆粒才會出現。其工作原理是使材料在離子通過彈性氧化層進入陽極時膨脹，而在離子去除時產生間隙，而不是導致典型的收縮行為。
麥克道爾說：“當我們第一次觀察到這種獨特的中空行為時，它非常令人興奮，我們馬上就知道它可能對電池性能產生重要影響。”。
雖然這些空心納米顆粒是一個令人興奮的發現，但團隊面臨著挑戰。銻本身很貴，所以它還沒有被用來生產電池電極。然而，科學家們懷疑，其他更便宜的材料，如錫，可能會表現出同樣的空心行為。他們現在希望探索這些可能性，并致力于更大的電池，以實現商業應用。
麥克道爾說：“測試其他材料，看看它們是否會基于類似的中空機制進行轉化，這將是一件有趣的事情。”這可以擴大電池可用材料的范圍。我們的小型測試電池顯示出很有前途的充放電性能，因此我們希望在更大的電池中評估這些材料。”
這項研究發表在《自然納米技術》雜志上。
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