Nanotechnology is science at the nanoscale, working at the atomic or molecular level of matter. A nanometer is one billionth of a meter — invisible to the eye. Nanotechnology is being used to innovate in many different fields including medicine, the environment, technology, and energy storage. The concept of nanoscience first started in 1959 when physicist Richard Feynman spoke about manipulating and controlling individual atoms and molecules. The field as we now know it began in 1981, when the scanning tunneling microscope was developed, which allowed scientists to see individual atoms and begin research at the nanoscale. In the battery industry, many companies are working to incorporate nanotechnology into batteries and battery production processes in hopes of improving material mining and battery performance and capacity.
纳米技术是如何改善材料开采的？
锂是目前最令人垂涎的电池所需材料。随着便携式技术和电动车的持续增长，以及对能源储存的需求不断增加，分析师预测，锂的需求将 到2029年增加10倍.70%的锂是通过盐水提取来开采的，这包括将富含盐分的水抽入一系列的蒸发池。水蒸发，最终从池塘中提取纯锂。然而，这个过程不仅是水的密集型，影响附近居民和农民的供水，而且只提取了30至50%的可用锂。
一家公司正在努力利用纳米技术来提高这一过程的效率。EnergyX公司利用一种叫做金属有机框架（MOF）的纳米技术来 将锂从其他材料中分离出来 在水里。MOF是一种多孔材料，由金属离子和有机配体组成，形成一个笼状结构。它们可以像筛子一样隔离材料，这就是EnergyX利用它的方式。MOF的小孔允许锂通过，但阻止了其他离子，如镁或钙，允许以更有效的方式提取锂。该公司设计了他们的技术，以纳入目前的盐水池系统，最大限度地提高采矿过程。创造更高效、可持续和环保的采矿过程，对满足锂和其他电池材料的需求有很大帮助。
纳米技术是如何改进电池的？
目前有许多项目围绕着使用纳米技术来创造更好的电池。这些项目包括增加电极的表面积以提高容量，以及改善电池的安全性和稳定性。
先进材料公司TruSpin Nanomaterial Innovation利用了 硅纳米纤维 以提高锂离子电池的能量容量。长期以来，由于硅的高离子携带能力，它一直是作为电池阳极的首选。然而，由于其在整个充电/放电周期中容易膨胀和破碎，制造商在将其纳入电池时面临困难。纳米技术可以帮助解决这个问题。通过使用纳米纤维，TruSpin能够解决这些膨胀问题，并使制造过程具有高度可扩展性和成本效率。
Amprius是另一家利用纳米技术使硅更适用于电池的公司。他们设计了 鸡蛋状胶囊 以保护硅不与电解质发生负反应，这将导致阳极形成非导电的固体电解质相间层并降低容量。该结构还为硅的安全膨胀和收缩提供了空间。在他们的设计中，一个硅纳米粒子被一个高导电性的碳壳所包围，锂离子可以通过这个碳壳。通过这种配置，他们的团队发现，在1000次充/放电循环后，阳极仍然保留了74%的容量。
纯金属锂也是一种备受青睐的电池材料。然而，由于它具有高度的反应性。 树突 在阳极的表面上往往会形成树枝状的结构，可以刺穿并损坏电池。为了解决这个问题，莱斯大学的科学家们利用了 碳纳米管薄膜 来涂抹金属锂箔。该涂层阻止锂离子附着在金属锂阳极上，并防止枝晶生长。
尽管尺寸很小，但纳米技术有可能在电池开发、研究和制造方面掀起大浪。好的、高质量的 电池测试设备 allows researchers to notice patterns and gaps in a battery’s performance, and discover areas which nanotechnology could potentially help to fill.
