大多数人认为缺陷是缺陷。然而，密歇根理工大学的一些研究人员将其视为机遇。双边界 - 这是材料中的小的，对称的缺陷 - 可能提供改进锂离子电池的机会。双边界缺陷充当能量高速公路，可以帮助提高电池的性能。
今年早些时候在纳米快报上发表的这一发现，改变了以前的材料缺陷概念。Reza Shahbazian-Yassar帮助领导了这项研究，并在密歇根理工学院担任Richard&Elizabeth Henes纳米技术副教授和材料科学与工程副教授。该组的高级博士后研究员Anmin Nie进行了这项研究。
Nie表示，包括双边界在内的材料缺陷是自然发生的，过去研究的大部分内容都集中在从材料中去除它们。
“我们看看那里的电池材料的纳米结构，”他解释说。“我们注意到这些材料中存在的一些缺陷，例如孪晶边界，可以成为帮助我们输送锂离子的良好通道。”
离子的运动是制造更好，更强的电池的关键。
锂离子电池的工作原理
电池为我们的大多数小工具供电。Shahbazian-Yassar说：“过去几年的重点是充电电池 - 尤其是锂离子电池。”
这是因为锂离子电池重量轻，能量密度高，并且效率持续攀升。像所有基本电池一样，锂离子电池依靠将离子从一个地方穿梭到另一个地方。从技术上讲，这是在阳极和阴极之间，并且电流诱导离子在它们之间移动。电池电量低意味着阳极和阴极之间发生的交换较少。双边界可能有助于促进交换，或者可能延伸它，希望不会损失电池寿命。
双边界基本上是镜像，在原子排列的一侧反射另一侧的材料中。它们通常在制作材料时产生，这会使原子偏离原位。
“如果没有原子排列的详细视图，人们可能会认为电极材料的结构是完美的，但是当你在原子水平上注意时，你会注意到这些原子都是一个平面对称的，”Nie说，解释对称性导致问题，因为它会产生弱点。
同时，这种对称性为离子提供了一条路径。去年秋天，Shahbazian-Yassar和他的团队获得了美国国家科学基金会材料研究部的资助，以探索这一情况，现在已经证明双边界可以作为锂离子运输的高速公路。
“通常晶体中可用的自由空间是离子用于移入或移出电极的东西，”Shahbazian-Yassar说，解释说这个空间就像一个拥挤的城市，街道狭窄，离子就像移动的汽车。“如果发生事故，道路施工，或简单的交通，汽车不能轻易穿过街道 - 电池中也会出现类似现象。
锂离子需要宽而开放的道路才能穿梭进出电池电极。对移动的离子的任何阻碍都将减少从电池提取的能量或功率。
研究小组研究了锡氧化物的两个边界，但Shahbazian-Yassar表示它适用于许多电池材料。下一步是找出如何优化这些缺陷，以平衡机械完整性和双结构的数量。找到这种平衡将成为研究人员下一步的重点，这一关于双边界的新发现为改进锂离子电池奠定了基础。
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