- 豆莢結構
- 使用氧化鈷納米顆粒和納米碳纖維復合材料
- 顯著提升鋰離子電池的電池容量和儲電能力
- 鋰離子電池領域
鋰離子電池是目前日常生活中使用最為廣泛的一種電池，但多種原因導致其存在使用壽命短這一缺點，其中電極退化問題最讓科學家們苦惱。這是因為在不斷的放電和充電過程中，電池中的鋰離子會反復與金屬電極發生化學反應，長期積累下來就會導致電極的逐步退化，最終對電池性能造成不可挽回的影響。
據報道，新加坡A-STAR研究院化學工程研究所的科學家們日前研發出一種可減少電極退化的新技術，進而可延長鋰離子電池的使用壽命和容量保持率。
該技術使用了一種豌豆莢結構的復合材料，這種材料由氧化鈷（四氧化三鈷）納米顆粒（類似于豌豆莢中的豌豆）和納米碳纖維（類似于覆蓋在豌豆外的豆殼）組成。氧化鈷納米顆粒作為活性材料來存儲鋰離子，四周的中空碳纖維則可以起到保護氧化鈷顆粒防止其斷裂的作用。此外，這些碳纖維還扮演著從納米粒子中傳導電子的角色。
由于與目前傳統的陽極材料（如錫）相比，氧化鈷具有更強的離子吸附和保持能力，它被認為是極富潛力的陽極材料。此外，氧化鈷能很容易地轉化為已進入商業化應用的陰極材料氧化鈷鋰。
為制造這種豆莢結構材料，研究人員首先在充滿惰性氣體的密閉空間內以700攝氏度的溫度對表面附著有聚合葡萄糖的粗制碳酸鈷進行加熱，而后再將其放置在空氣中以250攝氏度的溫度加熱。電子掃描顯微鏡顯示，這種結構的復合材料在結構上十分整齊，其長度大都是幾個微米，直徑一般在50納米左右。
由這種豌豆莢結構復合材料制成的電極能顯著提升鋰離子電池的電池容量和儲電能力，實驗發現在經過50次充放電循環后，由其制成的電池仍具有91%的容量。
研究人員稱，除在鋰離子電池領域的應用前景外，這種豆莢結構復合材料本身就是一個成就，因為該技術首次實現了將具有磁性的納米顆粒嵌入到中空的碳纖維之中。這種“納米顆粒膠囊”技術可以推廣到多個領域，如基因工程、催化、氣體探測、電容以及磁性材料制造等。
