電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
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鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
多年來，大規模加工的鋰電池依賴石墨和銅作為其陽極。多年來，研究人員一直在尋找可以克服這些材料的限制的替代材料，其中包括高成本的加工和有限的存儲容量（例如，硅可以存儲10倍的能量，盡管它構成了另一系列問題）。
創建現今的陽極是一個費力的多步驟過程，其中石墨被涂覆銅箔上。然而，正如德克薩斯大學奧斯汀分校材料科學家兼新研究緊要作者KarlKreder所解釋的，就制造工藝和電池本身而言，這樣做會導致效率低下。
Kreder表示：“所以活性材料（石墨）涂在惰性集電器（銅）的頂部。這新增了系統的體積和非活性材料質量，通過將集電器和活性材料結合在一起，可以使用更高容量的活性材料，同時使用更少的非活性電流收集材料。”
Kreder和他的團隊通過簡化的制造辦法實現了這一點，該辦法省去了繁瑣的涂覆工藝。當錫被鑄造成塊時，錫能夠筆直加入到鋁中，從而形成合金，然后可以機械地軋制（相對便宜和一般的冶金合金化工藝）成納米結構的金屬箔。最后一步，材料中的顆粒減少，這是至關緊要的。
Kreder解釋說：“錫可以與鋰形成合金。不幸的是，倘若使用錫箔或者甚至使用微米大小的錫顆粒，錫在與鋰形成合金時由于體積膨脹而循環時會斷裂，這意味著倘若用大的錫顆粒制造電池，僅能維持數十次的充放電循環，但倘若制造納米級的錫顆粒，合金化過程中顆粒不會分裂。”
研究人員將所得到的材料稱為交織共晶合金（IdEA）陽極，他們認為其厚度僅是傳統陽極材料的四分之一，而重量僅有傳統材料的一半。他們在小型鋰電池中對這種陽極材料進行探測，然后對其進行充電和放電以測量性能。他們發現，這種陽極的電量儲存能力是傳統銅-石墨陽極的兩倍。
克雷德說：“這樣做的原由很好，其中一個元素是活性的，錫，另一個是惰性的，鋁。“鋁制造了一個導電的基體，在這個基體中錫保持著，鋁供應了結構和導電性，而錫在電池循環時與鋰合金化和去合金化。
該團隊的負責人之一，德克薩斯州材料研究所所長ArumugamManthiram表示：“能夠開發出一種便宜、，可擴展的電極納米材料制造工藝，確實令人振奮。我們的研究結果聲明，這種材料在鋰電池商業化進展所需的性能指標方面取得了成功。”
該研究成果發表在《ACSEnergyLetters》雜志上。
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