锂电池的储存量增加一倍的材料简述

　　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KarlKreder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ArumugamManthiram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《ACSEnergyLetters》杂志上。