廉价又强大，这种新型合金可使锂电池储能增加一倍

锂离子电池是各式高科技设备的核心部件，无论是智能手机，还是笔记本电脑，甚至蓬勃发展的电动汽车，都缺少不了它。所以多方人士都对通过使用先进材料提高锂电池的性能很感兴趣，他们希望使锂电池更轻、更紧凑、能够储存更多的能量。如今，来自得克萨斯州的工程师开发的一种新的锡铝合金不仅同时满足了这三个方面，甚至可能更进一步，使锂电池的生产更快、更经济。

多年来，量产型锂离子电池使用石墨和铜作为其阳极，也就是电池充电时用于储存能量的部件。但同时，研究人员一直在寻找替代材料以克服上述材料的缺陷，其中就包括生产成本高和存储容量有限（例如，硅可以存储10倍于以往的能量，但它同时造成了另外一些问题）。

现有的阳极制作方法需要把石墨粉末涂覆到铜箔上，这真可谓费时费力。而且，正如新材料的主要发明者、德克萨斯大学奥斯汀分校的材料科学家KarlKreder所说，无论就制造工艺还是电池本身而言，这样做都是效率低下的。

他还告诉媒体：“使用活性材料（石墨）涂在惰性电极（铜）的表面增加了系统的体积和其中惰性材料的质量。但如果将电极与活性材料结合在一起，我们就可以在其中应用更高容量的活性材料，并减少用于集电的惰性材料用量。

Kreder和他的团队通过简洁的制造方法实现了这一点，该方法省去了繁琐的涂层工艺：其实当锡被铸造成块时，就能够直接加入到铝中从而形成合金，然后就可以被机器轧制（这是一种相对便宜和常见的合金制造工艺）成纳米结构的金属箔。而至关重要的最后一步，就是将材料中的粒子进行浓缩。

Kreder解释说：“锡锂合金十分有名，但不幸的是，考虑到电池充放电时的情况，不要说使用锡箔不行了，就算只使用微米大小的锡颗粒，也会导致锡在与锂形成合金时由于体积膨胀而断裂。这意味着用大颗粒的锡制造的电池，最多只能坚持数十次的充放电循环就会报废。但如果使用纳米级的锡颗粒，合金形成过程中锡颗粒就不会分裂。”

研究人员将所得到的材料称为指叉型共晶合金（IdEA）阳极，并宣称新材料只有传统阳极材料的四分之一厚和一半重。在测试中，研究者将其应用于完整的小型锂离子电池，然后对其进行充放电以测量性能。测试发现，新材料的电荷储存能力是典型的铜--石墨阳极的两倍。

Kreder还说：“新材料出类拔萃的原因是：其中一个元素是活性的，也就是锡，另一个是惰性的，也就是铝。铝能产生一个导电的基体，而锡就被约束在其中。当电池充放电时，锡会与铝形成合金或解除合金态，这时铝就能提供结构支架和良好的导电功能。“

对智能手机、汽车、笔记本电脑和无数其他设备制造商来说，一个更高效电池中的更紧凑的阳极可是至关重要的。因为这将使制造商们能在降低制造成本的同时提升产品质量。研究人员相信他们崭新的改进型锂离子电池已经完成了早期的概念验证。

团队负责人之一，德州材料研究所所长ArumugamManthiram说：“能够开发出一种廉价、可扩展的纳米电极制造工艺真令人兴奋。而且我们的研究结果表明，这种材料已经实现了多项进军商业锂离子电池市场所需的性能指标。

我们期待未来的某一天我们的电子设备能够用到更便宜更高效的锂电池，我们不仅不再需要为频频没电的电子设备的发愁，或许还可以让我们的电动汽车拥有更加强大的续航能力。

该研究发表在《ACSEnergyLetters》杂志上。