廉價的新合金可能會使鋰電池的儲存量增加一倍
多年來，大規模生產的鋰離子電池依靠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，其中包括高成本的生產和有限的存儲容量（例如，硅可以存儲10倍的能量，盡管它構成了另
多年來，大規模生產的鋰離子電池依靠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，其中包括高成本的生產和有限的存儲容量（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主要作者Karl Kreder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。 這增加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方法實現了這一點，該方法省去了繁瑣的涂覆工藝。當錫被鑄造成塊時，錫能夠直接加入到鋁中，從而形成合金，然后可以機械地軋制（相對便宜和普通的冶金合金化工藝）成納米結構的金屬箔。最后一步，材料中的顆粒減少，這是至關重要的。
Kreder解釋說：“錫可以與鋰形成合金。 不幸的是，如果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，這意味著如果用大的錫顆粒制造電池，僅能維持數十次的充放電循環，但如果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叉共晶合金（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。他們在小型鋰離子電池中對這種陽極材料進行測試，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：“這樣做的原因很好，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，鋁提供了結構和導電性，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Arumugam Manthiram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，實在令人振奮。 我們的研究結果表明，這種材料在鋰離子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《ACS Energy Letters》雜志上。
責任編輯：lixin
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