锡纳米晶体使更多的能量存储在锂离子电池

新的纳米材料电池组成微小锡晶体

单分散的锡纳米液滴在电子显微镜图像。图像:马克西姆科瓦连科/苏黎世

在新近发表的研究报告,从无机化学苏黎世理工学院和电子探针实验室的研究人员描述了一种新的纳米材料,使存储在锂离子电池更省电。yabovip2021

更强大的电池可以帮助电动汽车实现更大的续航里程,从而在市场上取得突破。苏黎世联邦理工学院和Empa的化学家实验室开发的一种用于锂离子电池的新型纳米材料可能会在这里发挥作用。

它们为电动汽车、电动自行车、智能手机和笔记本电脑提供电力;如今,可充电锂离子电池是在小空间和轻重量下提供大量能量的首选存储介质。世界各地的科学家目前都在研究性能更佳的新一代电池。由来自苏黎世联邦理工学院无机化学实验室和Empa的Maksym Kovalenko领导的科学家们现在已经开发出一种纳米材料,可以在锂离子电池中yabovip2021存储更多的能量。

所述纳米材料是由微小的锡晶体,其在电池(阳极)的负极要部署的。当对电池充电时,锂离子在该电极吸收;放电时,他们被再次释放(见专栏)。“的更多的锂离子在电极可以吸收和释放 - 它们能够呼吸越好,因为它是 - 更多的能量能够被存储在电池中,”科瓦连科解释。

均匀的晶体

元素锡是最理想的:每一个锡原子可以吸收至少四个锂离子。然而,挑战是处理锡电极的体积变化:锡晶体变得高达三倍大,如果它吸收了大量的锂离子和收缩的再次时它释放回。因此,科学家使出纳米技术:它们产生的微小锡纳米晶体和在多孔,导电可渗透碳基体嵌入大量它们。很像一个海绵如何吸取水,并再次释放它,以这种方式构造的电极能够吸收锂离子,同时充电和放电时释放它们。如果电极作了一个紧凑锡块的,这将几乎是不可能的。

在纳米材料的开发过程中,纳米晶体的理想尺寸问题出现了,这也带来了生产均匀晶体的挑战。科瓦连科解释说:“这里的技巧是将晶体形成的两个基本步骤分开——一方面是尽可能小的晶核的形成,另一方面是它随后的生长。”通过影响生长相的时间和温度,科学家们能够控制晶体的大小。“我们是第一个生产如此精确的小锡晶体的,”这位科学家说。

较大的循环稳定性

使用统一的锡纳米晶体、碳和粘合剂,科学家们为电池制作了不同的测试电极。科瓦连科说:“与传统电极相比,这可以存储两倍的能量。”在初始充放电周期中,纳米晶体的尺寸不影响存储容量。然而,经过几次充放电循环后,由晶体大小引起的差异变得明显起来:电极中含有10纳米晶体的电池比直径为两倍的电池能够储存更多的能量。科学家们认为,较小的晶体性能更好,因为它们可以更有效地吸收和释放锂离子。“因此,10纳米锡晶体似乎正是锂离子电池的门票,”科瓦连科说。

由于科学家现在知道锡纳米晶体的理想尺寸,他们希望注意他们在进一步研究项目中生产最佳锡电极的剩余挑战。这些包括选择最佳碳基质和用于电极的粘合剂,以及电极的理想的微观结构。此外,还需要选择最佳且稳定的电解质液体,其中锂离子可以在电池中的两个极之间来回行驶。最终,生产成本也是一个问题,研究人员正在通过测试来降低,该测试性高效基材适用于电极生产。目的是与瑞士工业合作伙伴合作,为市场提供增加的能量储存能力和寿命的电池。

锂离子电池是如何工作的

在锂离子电池中,能量被存储在以在已充电的电池的负极发现正电的锂原子(离子)的形式。如果能量从电池取出,带负电荷的电子从负极经由外部电路流动到加长杆。以平衡电荷,带正电荷的锂离子也从负极到加长杆流动。然而,这些旅行在电池内部的电解质的流体。该过程是可逆的:锂离子电池可与电力进行充电。在大多数锂离子电池这些天,加长杆是由过渡金属氧化物的钴,镍和锰,石墨的负极。在下一代的更强大的锂离子电池,但是,元素如锡或硅可以很好地在负极使用。

出版:Kravchyk K,等人,“单分散和无机加盖锡和锡/ SnO2复合纳米晶的高性能锂离子电池阳极,” J.上午。化学。会志,135(11),第4199-4202;DOI:10.1021 / ja312604r

图像:马克西姆科瓦连科/苏黎世

2的评论在“天纳米晶启用更多的权力,在锂离子电池中存储”

  1. 迈克尔·巴克曼|2017年2月22日下午2:21|回复

    我想知道这些电池在哪里卖,多少钱,如果电池组可用。

  2. 歌剧支持数量|2018年8月1日下午1:45|回复

    看到科技每天都在发展和改进,真是一件好事。我们不断地升级,即使是最小的东西也要承担变化的责任。这是一篇信息量很大的文章,让人耳目一新。继续发布! !

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