可充电电池的问题是重复循环充电和放电导致性能下降随着时间的推移,并非由于不断扩大和收缩在一个循环。然而,清华大学和麻省理工学院的研究人员已经发现了如何解决这个问题通过利用“蛋黄和壳”的安排。

在通讯发表在《自然》杂志的一项研究中,研究人员详细的小说方式涉及创建一个纳米颗粒电极内部的“蛋黄”和固体外壳。蛋黄可以反复改变大小不影响壳,大大提高循环寿命和提高能力和容量电池。

锂离子电池是充电电池的使用最为广泛,其中大部分使用石墨阳极。研究人员研究了其他选项多年,寻求材料将提供更好的能源储存一定的重量。他们认为锂金属,因为它可以存储大约10倍的能量每克,但不幸的是,这种材料是不稳定的,短路或起火的能力。锡和硅也好的候选人,因为他们有很高的能力,但他们的能力水平下降非常经常,当电池充电和放电。

这些研究人员铝而是面临的问题机械应力由于扩张和收缩电触点断开。此外,液体电解质分解铝接触时,创建一个固体电解质界面(SEI)层。不过,重复扩张和收缩引起的脱落在SEI粒子,使铝也是一个糟糕的选择,直到研究人员想出了围yolk-shell配置中的铝的想法。

这个yolk-shell配置功能蛋黄和外壳之间的空隙,给“蛋黄”足够的空间扩张和收缩而不影响稳定性和维度的“壳”。For the study, the researchers made a shell out of titanium oxide, separating aluminum from the liquid electrolyte situated between two electrodes in a battery. Since shell won't expand or contract, the SEI layer stays stable, ensuring electrical contacts remain connected.

该研究获得国家自然科学基金会的资金支持中国和美国国家科学基金会。作者包括Sa李,李Ju,俊杰妞妞,诚招Yu,曹国伟长安Wang Wang和康的巴西。