納米材料和鋰可充電電池

(TechXplore)—斯坦福大學的孫永明，劉念和崔翠在《自然能源》的一篇評論文章中調查了納米材料如何推動鋰可充電電池領域的發展，以及制造高容量可充電鋰電池仍需克服的障礙電池是一種實用的能源。

許多電子和便攜式設備都使用鋰電池。當前的鋰電池的容量遠低于其潛在容量。許多研究人員已嘗試設計出廉價且可多次充電的高容量鋰電池。但是，提供更高存儲容量的電池化學成分也具有令人難以置信的缺點。為了克服這些缺點，研究人員已轉向納米材料作為解決方案。

高容量鋰電池的第一個主要缺點是，在對電池放電和再充電的過程中，電極材料的體積會發生巨大變化。最終導致電極退化。當電極通過增加和減少材料循環時，它將破裂和破裂。

納米材料提供了顆粒級和電極級的可能解決方案。納米材料往往比其他材料更耐機械降解。一種解決方案是使用小于鋰電化學電池的臨界斷裂尺寸的納米顆粒或納米線。

在電極級，納米材料可用作一種“膠水”，以將陽極顆粒固定在一起。活性材料的不斷斷裂，破裂和重新形成會導致電氣斷開，但是“膠水”可以使活性材料保持電氣連接，從而延長了鋰電池的使用壽命。非晶硅膠已被用于將硅納米顆粒粘合在電極上。

解決大體積變化的其他解決方案包括使用卵黃殼納米結構形成納米復合材料或捕獲關鍵化合物(例如硫)。

困擾鋰電池單元的一個問題是固體陽極與電解質之間的沉淀層的積累。鋰固體會在陽極表面形成，形成仍能傳導鋰離子的電子絕緣層。這被稱為固體電解質中間相或SEI。由于充放電時發生的體積變化，SEI變得不穩定，并且裂紋暴露在電極上。這導致更多的固體生長，直到最終活性物質被消耗或降解。