来自佐治亚理工学院、苏黎世联邦理工学院和橡树岭国家实验室的McDowell和他的同事们的发现是从直径是人类头发直径的千分之一的微小颗粒开始的。研究小组发现，这些氧化涂层锑纳米晶体会在电池循环过程中自发地中空，而不是像预期的那样膨胀和收缩。
使用高分辨率电子显微镜观察小型测试电池中的纳米颗粒，证实了这种中空行为，并且发现只有在直径小于30纳米左右的颗粒中才会出现。它的工作原理是通过弹性氧化层，使材料在离子流入阳极时膨胀，但在离子被移除时产生空隙，而不是导致典型的收缩行为。
“当我们第一次观察到独特的中空行为时，这是非常令人兴奋的，我们立即知道这可能对电池性能有重要的影响，”McDowell说。
虽然这些中空的纳米颗粒是一个令人兴奋的发现，但对于该团队来说，未来还有一些挑战。锑本身价格昂贵，因此目前还没有用于生产电池电极。然而，科学家们怀疑锡等其他更便宜的材料也可能表现出同样的空心行为。他们现在希望探索这些可能性，并在更大的电池上进行研究，以期努力实现商业应用。
“对其他材料进行测试，看看它们是否会根据类似的空心机制进行转化，这将是非常有趣的，”McDowell说。“这可以扩大可用于电池的材料范围。我们制造的小型测试电池显示出有希望的充放电性能，因此我们希望在更大的电池中评估这些材料。”
该研究发表在《自然-纳米技术》杂志上。
（中国粉体网编辑整理/墨玉）
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