“纳米勺”新材料，引领新一代电动汽车电池
　　伦斯勒理工学院研发的一种新型的纳米材料可以作为电动汽车的下一代高功率的可充锂（Li）离子电池，也可
用作电脑、手机或其他便携设备的电池。这种新材料的形状类似于冰激凌顶部的锥形勺，所以被形象地称为“纳米
勺”，它可以承受极高的充放电速率。而目前锂离子电池中的传统电极在较高的充放电速率下会迅速退化失效。这种
“纳米勺”新材料的成功在于其独特的材料组成、结构和尺寸。
　　目前电动车辆都使用超级电容器增强功率密度以满足车辆启动或加速的需求，同时还配有传统电池提供高能量
密度以备车辆正常驾驶和其他需求。Koratkar表示“纳米勺”新型材料的发明可以使这两个独立的体系结合成一个
单一的更有效的电池单元。
　　锂离子电池充放电时，它的阳极结构会自动伸缩。充电时，锂离子的加入会增大阳极的体积，而放电过程相反。
这种体积变化会造成阳极应力集中。当电池在较高速率下充放电时，阳极短时间内积聚过大的应力会导致电池过早
失效。这就是为什么当今的便携式电子设备像手机或笔记本电脑的绝大多数电池必须缓慢充电，旨在保护它们免受
应力引起的损伤。但是这种“纳米勺”新型材料却能承受这种应力积聚。
　　这种材料采用碳纳米棒作为基体，顶层涂有纳米铝薄膜和一个由纳米硅堆积的勺结构。这种结构灵活，在极快
的充放电速率下，能够迅速接受或释放锂离子，而不使电池遭受重大损害。这种分层结构使得应变能够逐渐从碳基
体层传至铝层，最后到达硅层。这种自然的应变梯度使得应力在材料界面间传递时出现较少的突变，从而提高了电
极的结构完整性。相比于本体材料，纳米结构不容易开裂，因此“勺”结构的纳米尺寸是至关重要的。
　　但是“纳米勺”结构的局限性在于电极总质量相对较低。为了解决这一问题，研究小组的下一步是尝试采用质
量较大的“长勺”结构，或者是研发一种新方法实现“纳米勺”结构间的紧密堆叠。另一种可能是将“纳米勺”结
构置于大型可卷起或成型的柔性基体材料上，以满足汽车底盘等的需求。（薛洁）