锂离子电池中的金属电极有望提供比传统石墨电极高得多的容量。不幸的是，它们在充电和放电循环过程中会因机械应力而退化。据外媒报道，德国亥姆霍兹研究中心联合会（Helmholtz Association of German Research Centres，HZB）的研究团队现已证明，多孔锡泡沫在充电循环过程中吸收机械应力的能力要更高。这使得锡泡沫成为锂电池的一种有趣材料。

图片来源：HZB

现代锂离子电池通常基于多层石墨电极，对电极通常由氧化钴制成。在充电和放电过程中，锂离子会迁移到石墨中，而不会导致材料体积发生显著变化。然而，石墨的容量有限，因此寻找替代材料是一个令人兴奋的研究领域。

铝或锡等金属基电极具有提供更高容量的潜力。然而，当锂被吸收时，它们的体积往往会显著膨胀，这会导致结构变化和材料疲劳。

锡特别有吸引力，其每公斤的容量几乎是石墨的三倍，而且储量丰富。实现“疲劳”速度较慢的金属电极的一种选择是将薄金属箔纳米化；另一种选择是使用多孔金属泡沫。

HZB的团队使用原位X射线成像研究了各种类型的锡电极在放电和充电过程中的情况，并开发了一种创新方法来解决这一问题。部分实验是在BESSY II的BAMline上进行的。高分辨率放射透视X射线图像是与HZB的成像专家Nikolai Kardjilov博士和André Hilger博士合作拍摄的。

“这使我们能够在充电/放电过程中跟踪所研究的锡金属基电极的结构变化，”论文第一作者Bouchra Bouabadi博士表示。她与电池专家Sebastian Risse博士一起探索了由于锂离子吸收不均匀，锡电极的形态在运行过程中如何变化。

Francisco Garcia-Moreno博士制作出了锡电极的最佳版本：一种具有无数微米级孔隙的锡泡沫。Risse博士说：“我们能够证明，这种锡泡沫在体积膨胀过程中的机械应力显著降低。”这使得锡泡沫成为锂电池的一种有趣材料。

Garcia-Moreno已经研究过多种金属泡沫，包括用于汽车工业零部件的泡沫和用于电池电极的铝泡沫。“我们在柏林工业大学开发的锡泡沫多孔，是传统电极材料的有前途的替代品，”Garcia-Moreno表示。

锡泡沫的结构对于尽可能减少机械应力至关重要。从经济角度来看，锡泡沫技术也可能具有吸引力。Garcia-Moreno表示:“虽然锡泡沫比传统锡箔更贵，但它提供了一种比昂贵的纳米结构更便宜的替代品，同时能够存储更多的锂离子，从而提高容量。”