锗纳米管制成先进电极优化锂离子电池

假如它的电极可储存更多的电荷，锂离子电池就可持续更长的时间。韩国研究人员现在制成一种新型阳极，与电池中使用的传统石墨阳极相比，可多存储三倍以上的电荷。锗增容：用于锂离子电池阳极的锗纳米管，用一种新技术制造，可以新增电池充电容量，缩短充电时间。来源：麻省理工科技创业

这种新阳极是由锗纳米管制成。充放电速度比先前报道的硅阳极快五倍，可持续两倍多的充电周期，而且更容易制作。它400个循环的使用寿命可以匹配石墨，有关便携式电子产品电池而言是足够长的，赵建非尔（JaephilCho）说，他是韩国的蔚山国家科学技术研究所（UlsanNationalInstituteofScienceandTechnology）的研究员，他领导这项新的工作。这些阳极可满足锂离子电池的实际要求，赵建非尔说。

赵建非尔与LG化学公司（LGChem）的研究人员合作，这家韩国公司制造雪佛兰Volt使用的锂离子电池。他们的研究结果不久将发表在网上的《应用化学》（AngewandteChemie）杂志上。这些研究人员也在研究硅纳米管阳极。

这些进展是LG化学公司更广泛的推进的一部分，是要开发更好的阳极材料，用于更高容量的电池。该公司正在寻求技术突破，使用硅和锗材料制备锂离子电池阳极，赵建非尔说。

锂离子电池充电和放电，要使锂离子流入和流出阳极。电极可以堆积的锂越多，电池可以储存的能量就越多。在理论上，与同样重的石墨相比，硅和锗可存储约14倍的电荷。到目前为止，硅一直是阳极的重要竞争者，因为它更便宜，但晶体硅反复膨胀和收缩就会分解。

纳米结构的材料可以更好地承受体积变化的压力，因此，研究人员和极少数新创公司在制备阳极时，采用硅纳米线、纳米管和多孔纳米粒子。其中，纳米管具有最好的充电容量，赵建非尔说。

但是，硅纳米管阳极的缺点在于它们循环寿命低：它们通常只能保持其容量200个周期。锗纳米管不仅持续时间更长，而且充放电速度更快，因为锂离子通过锗扩散更迅速。

循环寿命是制备实用阳极的关键参数之一，斯坦福大学（StanfordUniversity）材料科学教授崔毅（YiCui）说，他的新创公司安普留斯公司（Amprius）正在商业化硅纳米线阳极电池。作为一个初步示范，这是非常令人印象深刻的，崔毅说。但是，他警告说，锗成本较高，这可能是一个限制。

赵建非尔认为，对锗阳极兴趣的新增，会导致这种材料成本的下降。锗是一种丰富的元素，目前价格得以维持，是因为需求不足，他说。在实际电池中使用锗的障碍是成本，但是，一旦大型电池制造商要用它作为阳极候选替代材料，我相信它的成本会下降。

研究人员制作这种纳米管，要把锑（antimony）包裹的锗纳米线加热到700°C，要加热五个小时。锗原子向外扩散，形成中空的纳米管，管壁有40纳米厚。这个工艺应该很容易升级到大量生产，而且也可用于硅，赵建非尔说。更重要的是，不像合成硅和其他纳米管时通常采用的方法，这种方法产量高，会出现均匀的纳米管。

赵建非尔继续与LG化学公司和其他韩国公司合作，研制多孔硅纳米粒子阳极。同时，崔毅和其他人都在探索各种新的阴极材料，这种材料现在的能量密度比阳极低得多，限制了电池的总体充电容量。