锡-石墨烯电极由两层锡纳米柱组成，这些纳米柱夹在三片石墨烯薄片之间，有助于电极保持稳定，

　　一项新的制造技术，使电池可使用锡电极，储存更多能量。

　　锡，硅，和其他几个元素，很久以来就一直列在化学家们电极材料的清单上，从理论上讲，它们有利于锂离子电池存储更多的能量。有一种新的途径制备这些材料，最终可以让它们用于这个方面。

　　电源柱：这个电池电极，所显示的是电子显微镜下的横截面，是由石墨烯薄片之间的纳米锡柱子组成。

　　来源：劳伦斯•伯克利实验室

　　劳伦斯•伯克利国家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory）的研究人员制备锡电极时，使用了层状石墨烯，以保护脆弱的锡。这些首创的锡电极标志着，在使用纳米结构改进电池方面，材料科学家取得了很大的进步，。

　　用锡或硅制造电池电极，可提高电池的整体能量存储。这是因为，在充放电过程中，这种材料可比碳吸收更多的锂，碳是常用的。但是，硅和锡作为电极往往是不稳定的。在充电过程中，锡吸收的锂如此多，以致它的体积会扩大两到三倍。“这就会形成裂缝，锡会漏进电解液，进而丢失，”张粤港（Yuegang Zhang）说，他是劳伦斯•伯克利实验室的科学家。

　　张粤港聪明的解决方案，是把锡放在石墨烯薄片之间，石墨烯就是单原子厚的碳网薄片。石墨烯具有高导电性，而且是柔性的，它也是测试过的最强的材料。

　　锡-石墨烯电极由两层锡纳米柱组成，这些纳米柱夹在三片石墨烯薄片之间。这些纳米柱有助于电极保持稳定：不会破裂，锡充电时扩张收缩，但不会破裂。纳米柱之间的间距意味着有足够的空间，使电池的电解液可以四处流动，从而保证很快的充电速度。

　　张粤港研究小组已制成的原型电池，特色就是这些电极。原型锡-石墨烯电池大约10分钟就可以充好电，而且每克重量可存储约700毫安时。这个存储容量可保持30多个充电周期。这些电池最终将需要保持其性能达到数百个充电周期。“它们的性能是相当合理的，在现有的电池中，这有一种相当明确的应用，”崔毅（Yi Cui）说，他是斯坦福大学（Stanford University）材料科学副教授。崔毅没有参与这项工作。

　　其他几个研究小组正在研究一些有前途的电池材料，包括一些纳米结构。崔毅已成立一家公司，名为安普留斯公司（Amprius），目的是商业化另一种电池阴极，这种阴极的特征是硅纳米线。这些导线的纳米结构也有利于脆弱的材料保持稳定，因为这些材料会吸收和释放锂。另一个研究小组是由赖斯大学（Rice University）的普里克尔•阿加严（Pulickel Ajayan）领导的，最近制成一种纳米结构的电池，这种电池包含锡电极，在这种情况下，是把电极和电解质集成在单个纳米线中。这些纳米线排列在一起，可以制成长久耐用的微型电池，用于小型装置，如传感器。

　　张粤港正在努力演示的，就是使用这种纳米柱结构和其他脆弱的电极材料，包括硅。这个工艺可能会增加电池生产成本，但性能改进会抵消潜在的额外费用。“人们通常认为，一种奇特的纳米级结构会花费更多，但这种可能不会，”张粤港说。