改進電池負極材料可以縮短電池充電時間嗎？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-04-21 10:10
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每當智能手機需要充電的時候，我們總會對長時間的等待感到厭煩。隨著科技的發(fā)展，在不久的未來，這將不再困擾我們。
近日，普渡大學的研究人員采用氧化錫納米顆粒研制了一種新型材料，可以使鋰離子電池的充電時間縮短至數(shù)分鐘。
這項成果發(fā)表在AdvancedEnergyMaterials上，論文中普渡大學的研究人員用氧化錫納米顆粒作為鋰離子電池的負極，其比容量達到傳統(tǒng)石墨電極理論比容量——372mAh/g（毫安時/克）——的2倍。實驗結果還表明，這種氧化錫納米顆粒電極在30分鐘完成充電的條件下，比容量仍然能保持431mAh/g，比石墨電極10小時充電完成所能達到的最高比容量還大。。
研究人員稱，這種材料與商品化氧化錫納米顆粒的不同在于，納米顆粒之間形成了「有序網絡」，而合成方法簡單、條件溫和成為了其最具吸引力的地方——大規(guī)模的工業(yè)生產較為容易實現(xiàn)。制備這種材料，只需要將二氧化錫前驅體加入沸水中，再轉移至爐中在400℃條件下退火（控溫緩慢冷卻）處理。
「我們并沒有使用復雜的化學合成方法，」普渡大學化學工程專業(yè)的副教授VilasPol強調，「把氧化錫前驅體放到沸水里的處理方法簡單得像做飯一樣。前驅體是固態(tài)的錫醇鹽——和鈦的醇鹽類似，是一種價格低廉并且廣泛使用的材料。」
400℃退火處理過程使得納米顆粒自組裝形成帶有孔隙的網絡結構，這種結構為電極嵌入鋰離子后的體積膨脹留有了足夠的空間?！冈诩{米顆粒之間留出空間是合成工藝的關鍵，」普渡大學的博士后兼助理研究員VinodkumarEtacheri指出，「假如沒有適當大小的孔隙，氧化錫納米顆粒之間緊密接觸的話，電池在幾次充放電后容量就將大幅衰減?！?/span>
近幾年來，科研人員們致力于用納米結構的硅材料取代石墨，作為鋰離子電池的負極。縱然硅具有石墨10倍以上的理論比容量，如果不加以適當處理，制備成復合材料的話，電極材料將在多次充放電后粉化、脫落，以致喪失容量，仍難以實際應用。納米結構的硅材料可以有效地減小嵌入鋰離子后的體積膨脹，改善其循環(huán)性能，但始終無法與石墨的循環(huán)性能相媲美。
經測試，納米結構的硅材料可以在循環(huán)6000次后保持85%的初始容量。而在這篇論文中，研究人員對氧化錫納米材料進行了100次的充放電測試，如果這種材料也能達到上述納米硅材料的性能標準，或許氧化錫就能蓋過硅材料的勢頭，在學術界掀起一波新風潮。畢竟，氧化錫要容易合成得多。
近日，普渡大學的研究人員采用氧化錫納米顆粒研制了一種新型材料，可以使鋰離子電池的充電時間縮短至數(shù)分鐘。
這項成果發(fā)表在AdvancedEnergyMaterials上，論文中普渡大學的研究人員用氧化錫納米顆粒作為鋰離子電池的負極，其比容量達到傳統(tǒng)石墨電極理論比容量——372mAh/g（毫安時/克）——的2倍。實驗結果還表明，這種氧化錫納米顆粒電極在30分鐘完成充電的條件下，比容量仍然能保持431mAh/g，比石墨電極10小時充電完成所能達到的最高比容量還大。。
研究人員稱，這種材料與商品化氧化錫納米顆粒的不同在于，納米顆粒之間形成了「有序網絡」，而合成方法簡單、條件溫和成為了其最具吸引力的地方——大規(guī)模的工業(yè)生產較為容易實現(xiàn)。制備這種材料，只需要將二氧化錫前驅體加入沸水中，再轉移至爐中在400℃條件下退火（控溫緩慢冷卻）處理。
「我們并沒有使用復雜的化學合成方法，」普渡大學化學工程專業(yè)的副教授VilasPol強調，「把氧化錫前驅體放到沸水里的處理方法簡單得像做飯一樣。前驅體是固態(tài)的錫醇鹽——和鈦的醇鹽類似，是一種價格低廉并且廣泛使用的材料。」
400℃退火處理過程使得納米顆粒自組裝形成帶有孔隙的網絡結構，這種結構為電極嵌入鋰離子后的體積膨脹留有了足夠的空間?！冈诩{米顆粒之間留出空間是合成工藝的關鍵，」普渡大學的博士后兼助理研究員VinodkumarEtacheri指出，「假如沒有適當大小的孔隙，氧化錫納米顆粒之間緊密接觸的話，電池在幾次充放電后容量就將大幅衰減?！?/span>
近幾年來，科研人員們致力于用納米結構的硅材料取代石墨，作為鋰離子電池的負極。縱然硅具有石墨10倍以上的理論比容量，如果不加以適當處理，制備成復合材料的話，電極材料將在多次充放電后粉化、脫落，以致喪失容量，仍難以實際應用。納米結構的硅材料可以有效地減小嵌入鋰離子后的體積膨脹，改善其循環(huán)性能，但始終無法與石墨的循環(huán)性能相媲美。
經測試，納米結構的硅材料可以在循環(huán)6000次后保持85%的初始容量。而在這篇論文中，研究人員對氧化錫納米材料進行了100次的充放電測試，如果這種材料也能達到上述納米硅材料的性能標準，或許氧化錫就能蓋過硅材料的勢頭，在學術界掀起一波新風潮。畢竟，氧化錫要容易合成得多。
