美國能源部西北太平洋國家實驗室的材料學(xué)家最近在Science上發(fā)表文章稱，高解析度照片顯示，鋰離子電池中的納米氧化錫線在通電時會產(chǎn)生扭曲。作為電池陰極材料的氧化錫細(xì)線在鋰離子流過后，它會膨脹三分之一，拉長一倍。此外，鋰離子將氧化錫從規(guī)則排列的晶體轉(zhuǎn)化成為了非晶玻璃材料。這也是為什么鋰電池經(jīng)多次充電和使用后，電極材料產(chǎn)生損傷的真實原因。研究人員Chongmin Wang指出，氧化錫納米線比塊狀氧化錫更能經(jīng)受電流造成的變形。
為了對鋰電池實際充電過程進行研究，西北太平洋國家實驗室和桑迪亞國家實驗室展開了合作，使用特殊裝備的透射電子顯微鏡制成一個微型電池。這個儀器允許他們可以拍攝更小的導(dǎo)線，直徑大約200納米（大約是以前導(dǎo)線寬度的五分之一），而且是在充電時拍攝。微型電池的正極是鋰鈷氧化物，負(fù)極則采用了細(xì)的錫氧化物納米線。研究小組給微型電池充電，在恒定電壓時，鋰離子穿過錫氧化物導(dǎo)線，而導(dǎo)線膨脹拉長，總體積增加了250%，而且扭曲得像一條蛇。此外，顯微鏡顯示，導(dǎo)線開始是晶體形式，但鋰離子把錫氧化物轉(zhuǎn)變成了玻璃狀的非晶材料。研究者總結(jié)出一個數(shù)量，就是有多少變形發(fā)生在充電和使用中，就會很快磨損電池材料。盡管如此，錫氧化物的納米線形式比塊狀形式的表現(xiàn)要好得多。
研究者未來開展的工作包括拍攝這種微型電池在反復(fù)充放電時會發(fā)生什么。
