?。▓D片來(lái)源：Georgia Tech官網(wǎng)）

　　長(zhǎng)期以來(lái),，對(duì)于使用傳統(tǒng)材料的電池來(lái)說(shuō)，鋰離子如何擴(kuò)散進(jìn)出合金負(fù)極,，一直是限制電池能承載多少能量的一個(gè)因素,。過(guò)多的離子流會(huì)導(dǎo)致負(fù)極材料膨脹，并在充放電循環(huán)中收縮,，引起機(jī)械退化,，縮短電池壽命。為了解決這個(gè)問(wèn)題,，研究人員曾經(jīng)開(kāi)發(fā)出空心的“蛋黃殼”納米顆粒負(fù)極材料,，可以適應(yīng)由離子流引起的體積變化，但是,，這種材料的制造過(guò)程非常復(fù)雜且昂貴,。

　　據(jù)外媒報(bào)道，最近,，佐治亞理工學(xué)院（Georgia Tech）,，以及蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH Zürich）和橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Oak Ridge National Laboratory）的研究人員發(fā)現(xiàn)，足夠小的銻納米晶體,，在鋰遷移時(shí)可以自發(fā)形成均勻的空隙,，并在循環(huán)過(guò)程中可逆化填充和空出，允許更多的離子流過(guò),，而且不損害負(fù)極,。

　　研究人員Matthew McDowell表示：“人們對(duì)空心納米材料進(jìn)行研究已經(jīng)有一段時(shí)間了。這種材料可以提升高能量密度電池的壽命和穩(wěn)定性,，被視為一種很有前途的選項(xiàng),。目前的問(wèn)題是，直接大規(guī)模合成這種中空納米結(jié)構(gòu)材料并進(jìn)行商業(yè)化,，具有挑戰(zhàn)性,，而且成本較高,。我們的發(fā)現(xiàn)可以提供更加簡(jiǎn)單易行的過(guò)程，并在一定程度上提高材料性能,，接近專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的空心結(jié)構(gòu),。”

　　研究人員使用高分辨率電子顯微鏡,，直接觀察電池在納米尺度上的反應(yīng),。該團(tuán)隊(duì)還利用模型建立了一個(gè)理論框架，探討在電池的鋰遷移過(guò)程中,，納米顆粒為什么會(huì)自發(fā)地形成空隙,，而不產(chǎn)生收縮。

　　在電池循環(huán)過(guò)程中形成可逆化填充空心粒子的能力,，只出現(xiàn)在直徑小于30納米的鍍氧化物銻納米晶體中,。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，這種行為源于一種具有彈性的天然氧化層,。在鋰離子流入負(fù)極的鋰化過(guò)程時(shí),，該氧化層會(huì)發(fā)生初始膨脹，但是不會(huì)出現(xiàn)機(jī)械性收縮,，因?yàn)樵陔x子移出過(guò)程中,，銻會(huì)形成空洞，這一過(guò)程被稱(chēng)為脫鋰,。這一發(fā)現(xiàn)頗令人驚奇,，因?yàn)樵缙诘南嚓P(guān)材料研究集中于較大的粒子。這些粒子會(huì)發(fā)生膨脹和收縮,，而不是形成中空結(jié)構(gòu),。

　　由于銻相對(duì)昂貴，目前還未應(yīng)用于商用電池電極,。但是,，McDowell相信，一些成本較低的材料,，也可以發(fā)生自發(fā)的空心化現(xiàn)象,，比如錫。接下來(lái),，研究人員將對(duì)其它材料進(jìn)行測(cè)試,，并探尋商業(yè)化推廣路徑。Matthew McDowell稱(chēng)：“測(cè)試其他材料,，看看它們是否會(huì)發(fā)生類(lèi)似的中空機(jī)制,，有助于擴(kuò)大可用于電池的材料范圍。我們制作的小型測(cè)試電池具有良好的充放電性能,，所以,，我們打算在更大的電池中進(jìn)一步評(píng)估相關(guān)材料,。”

　　雖然成本較高,，但是自中空銻納米晶體（self-hollowing antimony nanocrystals）還可以應(yīng)用于鈉離子和鉀離子電池,。這兩種新興電池體系有待進(jìn)一步研究。