纳米复合材料可能有助于显着提高电池的存储容量和寿命以及充电速度

锂离子电池是移动电话，平板电脑和电动汽车的终极基准。它们的存储容量和功率密度远远优于其他可充电电池系统。尽管取得了所有进展，但智能手机电池仅持续一天，电动汽车需要数小时才能充电。因此，科学家正致力于提高全能电池的功率密度和充电率。“一个重要因素是阳极材料，”能源与气候研究所(IEK-1)的DinaFattakhova-Rohlfing解释道。

“原则上，基于二氧化锡的阳极可以实现更高的比容量，因此比目前使用的碳阳极储存更多的能量。它们能够吸收更多的锂离子，”Fattakhova-Rohlfing说。“然而，纯氧化锡表现出非常弱的循环稳定性-电池的储存能力稳定下降，并且它们只能再充电几次。阳极的体积随着每次充电和放电循环而变化，这导致它破碎“。

解决该问题的一种方法是混合材料或纳米复合材料-包含纳米颗粒的复合材料。科学家在石墨烯的基层上开发了一种包含富含锑的氧化锡纳米颗粒的材料。石墨烯基础有助于材料的结构稳定性和导电性。氧化锡颗粒的尺寸小于3纳米-换句话说小于百万分之三毫米-并且直接“生长”在石墨烯上。颗粒的小尺寸及其与石墨烯层的良好接触也改善了其对体积变化的耐受性-锂电池变得更稳定并且持续更长时间。

一小时内能量增加三倍

“用锑富集纳米粒子可确保材料具有极强的导电性，”Fattakhova-Rohlfing解释道。“这使阳极更快，这意味着它可以在一分钟内储存比传统石墨阳极多一倍半的能量。它甚至可以储存三倍于通常充电时间的能量。一小时。”

“如此高的能量密度以前只能通过低充电率实现，”Fattakhova-Rohlfing说。“更快的充电周期总能导致容量的快速减少。”然而，科学家开发的锑掺杂阳极即使在1000次循环后也能保持其原始容量的77%。

“纳米复合阳极可以简单，经济的方式生产。应用的概念也可以用于锂离子电池的其他阳极材料的设计，”Fattakhova-Rohlfing解释道。“我们希望我们的开发能为锂离子电池铺平道路，能源密度显着提高，充电时间极短。”