每當(dāng)智能手機(jī)需要充電的時(shí)候，我們總會(huì)對(duì)長(zhǎng)時(shí)間的等待感到厭煩。隨著科技的發(fā)展，在不久的未來(lái)，這將不再困擾我們。

近日，普渡大學(xué)的研究人員采用氧化錫納米顆粒研制了一種新型材料，可以使鋰離子電池的充電時(shí)間縮短至數(shù)分鐘。

這項(xiàng)成果發(fā)表在AdvancedEnergyMaterials上，論文中普渡大學(xué)的研究人員用氧化錫納米顆粒作為鋰離子電池的負(fù)極，其比容量達(dá)到傳統(tǒng)石墨電極理論比容量——372mAh/g（毫安時(shí)/克）——的2倍。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明，這種氧化錫納米顆粒電極在30分鐘完成充電的條件下，比容量仍然能保持431mAh/g，比石墨電極10小時(shí)充電完成所能達(dá)到的最高比容量還大。

研究人員稱，這種材料與商品化氧化錫納米顆粒的不同在于，納米顆粒之間形成了“有序網(wǎng)絡(luò)”，而合成方法簡(jiǎn)單、條件溫和成為了其最具吸引力的地方——大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)較為容易實(shí)現(xiàn)。制備這種材料，只需要將二氧化錫前驅(qū)體加入沸水中，再轉(zhuǎn)移至爐中在400℃條件下退火（控溫緩慢冷卻）處理。

“我們并沒有使用復(fù)雜的化學(xué)合成方法，”普渡大學(xué)化學(xué)工程專業(yè)的副教授VilasPol強(qiáng)調(diào)，“把氧化錫前驅(qū)體放到沸水里的處理方法簡(jiǎn)單得像做飯一樣。前驅(qū)體是固態(tài)的錫醇鹽——和鈦的醇鹽類似，是一種價(jià)格低廉并且廣泛使用的材料。”

400℃退火處理過(guò)程使得納米顆粒自組裝形成帶有孔隙的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)為電極嵌入鋰離子后的體積膨脹留有了足夠的空間。“在納米顆粒之間留出空間是合成工藝的關(guān)鍵，”普渡大學(xué)的博士后兼助理研究員VinodkumarEtacheri指出，“假如沒有適當(dāng)大小的孔隙，氧化錫納米顆粒之間緊密接觸的話，電池在幾次充放電后容量就將大幅衰減。”

近幾年來(lái)，科研人員們致力于用納米結(jié)構(gòu)的硅材料取代石墨，作為鋰離子電池的負(fù)極。縱然硅具有石墨10倍以上的理論比容量，如果不加以適當(dāng)處理，制備成復(fù)合材料的話，電極材料將在多次充放電后粉化、脫落，以致喪失容量，仍難以實(shí)際應(yīng)用。納米結(jié)構(gòu)的硅材料可以有效地減小嵌入鋰離子后的體積膨脹，改善其循環(huán)性能，但始終無(wú)法與石墨的循環(huán)性能相媲美。

經(jīng)測(cè)試，納米結(jié)構(gòu)的硅材料可以在循環(huán)6000次后保持85%的初始容量。而在這篇論文中，研究人員對(duì)氧化錫納米材料進(jìn)行了100次的充放電測(cè)試，如果這種材料也能達(dá)到上述納米硅材料的性能標(biāo)準(zhǔn)，或許氧化錫就能蓋過(guò)硅材料的勢(shì)頭，在學(xué)術(shù)界掀起一波新風(fēng)潮。畢竟，氧化錫要容易合成得多。