电池材料必须不断发展以跟上社会需求

人类对手机、笔记本电脑、电动汽车和电网存储电池的依赖正在推动对更好的电池技术的需求。几十年来，电池一直依靠微粒来储存能量，但伦斯勒理工学院的一个团队的新研究表明，使用包括“多尺度粒子”在内的先进材料可以改进电池，能够储存更多能量，持续更长时间，并且充电更快。

在最近发表在Nature Reviews Materials上的研究中，一个由化学工程师、材料科学家和机械工程师组成的多学科团队证明，在电池中使用纳米技术将提高电池性能。这篇题为“电池电极中的纳米与微结构”的论文比较了由纳米材料与微粒构成的阳极和阴极，并最终得出结论，将两者结合起来——特别是利用纳米结构的微粒——将有助于电池满足未来的能源需求。

“在我们看来，未来电池系统中部署的下一代活性材料颗粒本质上必须是多尺度的——也就是说，它们必须是微米级的，但具有纳米级的特征或属性——才能跟上需求的步伐不断改进的电池，”伦斯勒工程学院的 John A. Clark 和 Edward T. Crossan 教授、本文的通讯作者 Nikhil Koratkar 说。

Koratkar 博士和他的研究团队，包括 Rensselaer 的博士生和马里兰大学化学与生物分子工程教授王春生博士，开始探索是否有纳米级属性可以添加到传统尺寸的微米级材料中。颗粒以提高电池性能。例如，研究人员在设计穿过微粒的微小纳米级隧道时能够减少充电时间。

同样，当研究人员构建具有内部纳米孔隙的微粒时，他们能够在不牺牲库仑效率或存储容量的情况下提高电池寿命。Koratkar 总结说，应用此类材料科学创新将显着提高电池性能并为电池的未来发展提供信息。

“我认为下一个十年将是一个充满活力的时代，电池界将成功地找出如何最好地构建多尺度粒子以实现高性能电池，”Koratkar 说。