鋰離子電池是移動電話，平板電腦和電動汽車的終極基準。它們的存儲容量和功率密度遠遠優(yōu)于其他可充電電池系統(tǒng)。盡管取得了所有進展，但智能手機電池僅持續(xù)一天，電動汽車需要數(shù)小時才能充電。因此，科學家正致力于提高全能電池的功率密度和充電率。“一個重要因素是陽極材料，”能源與氣候研究所(IEK-1)的DinaFattakhova-Rohlfing解釋道。

“原則上，基于二氧化錫的陽極可以實現(xiàn)更高的比容量，因此比目前使用的碳陽極儲存更多的能量。它們能夠吸收更多的鋰離子，”Fattakhova-Rohlfing說。“然而，純氧化錫表現(xiàn)出非常弱的循環(huán)穩(wěn)定性-電池的儲存能力穩(wěn)定下降，并且它們只能再充電幾次。陽極的體積隨著每次充電和放電循環(huán)而變化，這導致它破碎“。

解決該問題的一種方法是混合材料或納米復合材料-包含納米顆粒的復合材料。科學家在石墨烯的基層上開發(fā)了一種包含富含銻的氧化錫納米顆粒的材料。石墨烯基礎有助于材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和導電性。氧化錫顆粒的尺寸小于3納米-換句話說小于百萬分之三毫米-并且直接“生長”在石墨烯上。顆粒的小尺寸及其與石墨烯層的良好接觸也改善了其對體積變化的耐受性-鋰電池變得更穩(wěn)定并且持續(xù)更長時間。

一小時內(nèi)能量增加三倍

“用銻富集納米粒子可確保材料具有極強的導電性，”Fattakhova-Rohlfing解釋道。“這使陽極更快，這意味著它可以在一分鐘內(nèi)儲存比傳統(tǒng)石墨陽極多一倍半的能量。它甚至可以儲存三倍于通常充電時間的能量。一小時。”

“如此高的能量密度以前只能通過低充電率實現(xiàn)，”Fattakhova-Rohlfing說。“更快的充電周期總能導致容量的快速減少。”然而，科學家開發(fā)的銻摻雜陽極即使在1000次循環(huán)后也能保持其原始容量的77%。

“納米復合陽極可以簡單，經(jīng)濟的方式生產(chǎn)。應用的概念也可以用于鋰離子電池的其他陽極材料的設計，”Fattakhova-Rohlfing解釋道。“我們希望我們的開發(fā)能為鋰離子電池鋪平道路，能源密度顯著提高，充電時間極短。”