你是不是總覺得手機(jī)、電動(dòng)車的電池不耐用，充電頻繁還不耐使？現(xiàn)在，科學(xué)家可能找到解決辦法啦！柏林亥姆霍茲中心（HZB）的研究人員有了新發(fā)現(xiàn)，泡沫錫或許能讓電池變得更耐用、續(xù)航更持久。

一直以來(lái)，鋰離子電池的金屬電極比傳統(tǒng)石墨電極能存儲(chǔ)更多電量，可問題也不少。充電和放電的時(shí)候，金屬電極會(huì)因?yàn)闄C(jī)械應(yīng)力出現(xiàn)損耗，影響電池壽命。而HZB的跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，高度多孔的泡沫錫在應(yīng)對(duì)這種機(jī)械應(yīng)力方面表現(xiàn)出色。

傳統(tǒng)鋰離子電池常用多層石墨電極搭配鈷氧化物對(duì)電極。在充放電過程中，鋰離子能進(jìn)入石墨，而且石墨的體積變化很小，這能維持電池結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。但石墨電極有個(gè)大缺點(diǎn)，就是存儲(chǔ)電量的能力有限。所以，科學(xué)家們一直在尋找能存更多電的材料。

像鋁、錫這些金屬，用來(lái)做電極理論上能存更多電。拿錫來(lái)說(shuō)，它每千克的儲(chǔ)能能力差不多是石墨的三倍，而且錫并不稀有，儲(chǔ)量豐富。可麻煩的是，這些金屬在吸收鋰的時(shí)候，體積會(huì)大幅膨脹，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變化和材料疲勞。為了解決這個(gè)問題，科學(xué)家們想出了不少辦法，比如把金屬箔制成納米結(jié)構(gòu)，或者使用多孔金屬泡沫。

這次，HZB的團(tuán)隊(duì)借助原位X射線成像技術(shù)，研究了多種錫電極在充放電過程中的表現(xiàn)。研究過程中，他們還和成像專家合作，拍攝了高分辨率的X射線圖像，這樣就能清楚看到錫電極在充放電時(shí)的結(jié)構(gòu)變化。

研究人員弗朗西斯科·加西亞 - 莫雷諾博士制備出了性能優(yōu)異的泡沫錫電極，這種電極上有無(wú)數(shù)微米級(jí)的小孔。塞巴斯蒂安·里斯博士表示，這種泡沫錫在體積膨脹時(shí)，受到的機(jī)械應(yīng)力會(huì)大幅降低，這讓泡沫錫成為鋰電池材料的有力候選者。

加西亞 - 莫雷諾博士研究過很多金屬泡沫，像汽車行業(yè)用的、還有用于電池電極的泡沫鋁等。他認(rèn)為，在柏林工業(yè)大學(xué)研發(fā)的這種高度多孔的泡沫錫，有望替代傳統(tǒng)電極材料。而且從經(jīng)濟(jì)角度看，泡沫錫也有優(yōu)勢(shì)。雖然它比普通錫箔貴一點(diǎn)，但和昂貴的納米結(jié)構(gòu)技術(shù)比起來(lái)，成本更低，還能存儲(chǔ)更多鋰離子，增加電池容量。

這項(xiàng)研究成果已經(jīng)發(fā)表在《先進(jìn)科學(xué)》雜志上，說(shuō)不定在不久的將來(lái)，我們就能用上泡沫錫電極的電池，電子產(chǎn)品和電動(dòng)車的續(xù)航問題都能得到大大改善！

參考資料：DOI： 10.1002/advs.202414892