（圖片來源：Georgia Tech官網）

　　長期以來，對于使用傳統材料的電池來說，鋰離子如何擴散進出合金負極，一直是限制電池能承載多少能量的一個因素。過多的離子流會導致負極材料膨脹，并在充放電循環中收縮，引起機械退化，縮短電池壽命。為了解決這個問題，研究人員曾經開發出空心的“蛋黃殼”納米顆粒負極材料，可以適應由離子流引起的體積變化，但是，這種材料的制造過程非常復雜且昂貴。

　　據外媒報道，最近，佐治亞理工學院（Georgia Tech），以及蘇黎世聯邦理工學院（ETH Zürich）和橡樹嶺國家實驗室（Oak Ridge National Laboratory）的研究人員發現，足夠小的銻納米晶體，在鋰遷移時可以自發形成均勻的空隙，并在循環過程中可逆化填充和空出，允許更多的離子流過，而且不損害負極。

　　研究人員Matthew McDowell表示：“人們對空心納米材料進行研究已經有一段時間了。這種材料可以提升高能量密度電池的壽命和穩定性，被視為一種很有前途的選項。目前的問題是，直接大規模合成這種中空納米結構材料并進行商業化，具有挑戰性，而且成本較高。我們的發現可以提供更加簡單易行的過程，并在一定程度上提高材料性能，接近專門設計的空心結構?！?/p>

　　研究人員使用高分辨率電子顯微鏡，直接觀察電池在納米尺度上的反應。該團隊還利用模型建立了一個理論框架，探討在電池的鋰遷移過程中，納米顆粒為什么會自發地形成空隙，而不產生收縮。

　　在電池循環過程中形成可逆化填充空心粒子的能力，只出現在直徑小于30納米的鍍氧化物銻納米晶體中。研究團隊發現，這種行為源于一種具有彈性的天然氧化層。在鋰離子流入負極的鋰化過程時，該氧化層會發生初始膨脹，但是不會出現機械性收縮，因為在離子移出過程中，銻會形成空洞，這一過程被稱為脫鋰。這一發現頗令人驚奇，因為早期的相關材料研究集中于較大的粒子。這些粒子會發生膨脹和收縮，而不是形成中空結構。

　　由于銻相對昂貴，目前還未應用于商用電池電極。但是，McDowell相信，一些成本較低的材料，也可以發生自發的空心化現象，比如錫。接下來，研究人員將對其它材料進行測試，并探尋商業化推廣路徑。Matthew McDowell稱：“測試其他材料，看看它們是否會發生類似的中空機制，有助于擴大可用于電池的材料范圍。我們制作的小型測試電池具有良好的充放電性能，所以，我們打算在更大的電池中進一步評估相關材料?！?/p>

　　雖然成本較高，但是自中空銻納米晶體（self-hollowing antimony nanocrystals）還可以應用于鈉離子和鉀離子電池。這兩種新興電池體系有待進一步研究。