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数分钟充满手机锂电池或将实现

导读: 近日,普渡大学的研究人员采用氧化锡纳米颗粒研制了一种新型材料,可以使锂离子电池的充电时间缩短至数分钟。

  数分钟充满手机锂电池或将实现

  每当智能手机需要充电的时候,我们总会对长时间的等待感到厌烦。随着科技的发展,在不久的未来,这将不再困扰我们。

  近日,普渡大学的研究人员采用氧化锡纳米颗粒研制了一种新型材料,可以使锂离子电池的充电时间缩短至数分钟。

  这项成果发表在Advanced Energy Materials上,论文中普渡大学的研究人员用氧化锡纳米颗粒作为锂离子电池的负极,其比容量达到传统石墨电极理论比容量——372mAh/g(毫安时/克)——的 2 倍。实验结果还表明,这种氧化锡纳米颗粒电极在30分钟完成充电的条件下,比容量仍然能保持431mAh/g,比石墨电极10小时充电完成所能达到的最高比容量还大。

  研究人员称,这种材料与商品化氧化锡纳米颗粒的不同在于,纳米颗粒之间形成了“有序网络”,而合成方法简单、条件温和成为了其最具吸引力的地方——大规模的工业生产较为容易实现。制备这种材料,只需要将二氧化锡前驱体加入沸水中,再转移至炉中在400℃条件下退火(控温缓慢冷却)处理。

  “我们并没有使用复杂的化学合成方法,”普渡大学化学工程专业的副教授Vilas Pol强调,“把氧化锡前驱体放到沸水里的处理方法简单得像做饭一样。前驱体是固态的锡醇盐——和钛的醇盐类似,是一种价格低廉并且广泛使用的材料。”

  400℃退火处理过程使得纳米颗粒自组装形成带有孔隙的网络结构,这种结构为电极嵌入锂离子后的体积膨胀留有了足够的空间。“在纳米颗粒之间留出空间是合成工艺的关键,”普渡大学的博士后兼助理研究员Vinodkumar Etacheri指出,“假如没有适当大小的孔隙,氧化锡纳米颗粒之间紧密接触的话,电池在几次充放电后容量就将大幅衰减。”

  近几年来,科研人员们致力于用纳米结构的硅材料取代石墨,作为锂离子电池的负极。纵然硅具有石墨10倍以上的理论比容量,如果不加以适当处理,制备成复合材料的话,电极材料将在多次充放电后粉化、脱落,以致丧失容量,仍难以实际应用。纳米结构的硅材料可以有效地减小嵌入锂离子后的体积膨胀,改善其循环性能,但始终无法与石墨的循环性能相媲美。

  经测试,纳米结构的硅材料可以在循环6000次后保持85%的初始容量。而在这篇论文中,研究人员对氧化锡纳米材料进行了100次的充放电测试,如果这种材料也能达到上述纳米硅材料的性能标准,或许氧化锡就能盖过硅材料的势头,在学术界掀起一波新风潮。毕竟,氧化锡要容易合成得多。

责任编辑:Aaron
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