锡：提高锂电池续航力的秘密武器

智能手机电池续航能力不足和频繁充电的需要仍然是消费者头疼的一个问题。但解决方案可能很快就会浮出水面了。周三，华盛顿州立大学（Washington State University）的研究人员宣布找到了提高锂离子电池蓄电能力并加快充电速度的方法。
方法的关键是用锡取代石墨作为阳极，也就是电池中两个主要组成部分之一，此项研究负责人、该大学机械与材料工程教授格兰特·诺顿（Grant Norton）介绍说。使用锡可以使电池的蓄电能力提高近三倍，他说。
当你给电池充电时，锂离子从阴极移动到阳极，阳极吸附锂离子并储存能量。当电池放电时，这些锂离子又从阳极移动到阴极，在此过程中释放出电子。
不少企业都在致力寻找用作阴极或阳极的更佳材料，以提高电池的能量密度。一些企业也在试图改善其他部件以提高电池的使用寿命或解决可导致火灾隐患的电池过热问题。
另外，这里所说的电池是指我们在手电筒中常用的传统5号电池这类产品。而电池组或电池系统则通常是由若干组装在一起的电池，外加管理充放电并监控温度与性能的电子设备组成。例如电动汽车就拥有先进的电池系统。
华盛顿州立大学的研究将焦点放在电池阳极，该极通常由石墨制成。石墨价格低廉、性能稳定，使用石墨制造阳极的技术流程也已经相当成熟。科学家已经发现其他材料可以吸附更多锂离子并提高电池蓄电量。但使用这些替代性材料需要越过几个关键障碍：找到能够最好地吸附这些锂离子的最适纳米结构；排除可能降低电池性能的潜在故障；以及找到一种廉价的生产过程，将这些材料制造成电池。
例如，硅可以吸附的锂离子就比石墨多得多，但它在电池环境中非常不稳定，会导致电池续航能力降低。但使用硅来大幅提升电池能量密度的可能性还是吸引了大量的研究与投资资金。
锡吸附锂离子的能力优于石墨但不及硅。但使用锡有可能成为提高电池性能的一条捷径。至少诺顿进行该研究的目的就是证明这一点。举个例子，索尼（Sony）在一些锂离子电池中就使用了锡与其他材料的混合物。在经过一些试验后，诺顿最终选择将锡培养成针状结构（长度约50纳米），并向该材料添加纹理以增加表面积。表面积增大意味着其可以吸附更多锂离子。
这类似于水被吸收进入海绵的细胞结构。要吸附尽量多的水，你就需要尽量增大表面积。”诺顿表示。
为了找到廉价的生产流程，诺顿想到了电镀，一个多世纪以前这种手段就开始被应用于给各类材料加镀表面。他的想法是将锡材料电镀到导电的铜元件上。当前，石墨仍必须与一种黏结材料混合才能与这种铜集流体粘合。将锡直接电镀到铜片表面将有助于削减生产步骤与成本，诺顿表示。
当然，将实验室中的想法转变成商业化产品通常是一个漫长而昂贵的过程。企业往往需要在此期间作出大量修改。诺顿寄希望于获得电池制造商或投资者的注意力，以让这一想法能够小试身手。

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