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廉价的新合金可能会使锂电池的储存量增加一倍

发布时间:2017-11-4 14:35:47 来源:汤浅蓄电池

廉价的新合金可能会使锂电池的储存量增加一倍


多年来,大规模生产的锂离子电池依靠石墨和铜作为其阳极。多年来,研究人员一直在寻找可以克服这些材料的限制的替代材料,其中包括高成本的生产和有限的存储容量(例如,硅可以存储10倍的能量,尽管它构成了另一系列问题)。


创建现今的阳极是一个费力的多步骤过程,其中石墨被涂覆铜箔上。然而,正如德克萨斯大学奥斯汀分校材料科学家兼新研究主要作者Karl Kreder所解释的,就制造工艺和电池本身而言,这样做会导致效率低下。
Kreder表示:所以活性材料(石墨)涂在惰性集电器(铜)的顶部。 这增加了系统的体积和非活性材料质量,通过将集电器和活性材料结合在一起,可以使用更高容量的活性材料,同时使用更少的非活性电流收集材料。
Kreder和他的团队通过简化的制造方法实现了这一点,该方法省去了繁琐的涂覆工艺。当锡被铸造成块时,锡能够直接加入到铝中,从而形成合金,然后可以机械地轧制(相对便宜和普通的冶金合金化工艺)成纳米结构的金属箔。最后一步,材料中的颗粒减少,这是至关重要的。


Kreder解释说:锡可以与锂形成合金。 不幸的是,如果使用锡箔或者甚至使用微米大小的锡颗粒,锡在与锂形成合金时由于体积膨胀而循环时会断裂,这意味着如果用大的锡颗粒制造电池,仅能维持数十次的充放电循环,但如果制造纳米级的锡颗粒,合金化过程中颗粒不会分裂。


研究人员将所得到的材料称为交叉共晶合金(IdEA)阳极,他们认为其厚度仅是传统阳极材料的四分之一,而重量仅有传统材料的一半。他们在小型锂离子电池中对这种阳极材料进行测试,然后对其进行充电和放电以测量性能。他们发现,这种阳极的电量储存能力是传统铜-石墨阳极的两倍。


克雷德说:这样做的原因很好,其中一个元素是活性的,锡,另一个是惰性的,铝。 铝制造了一个导电的基体,在这个基体中锡保持着,铝提供了结构和导电性,而锡在电池循环时与锂合金化和去合金化。


该团队的负责人之一,德克萨斯州材料研究所所长Arumugam Manthiram表示:能够开发出一种便宜、,可扩展的电极纳米材料制造工艺,实在令人振奋。 我们的研究结果表明,这种材料在锂离子电池商业化进展所需的性能指标方面取得了成功。


该研究成果发表在《ACS Energy Letters》杂志上。

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