超級電池新材料

超級電池新材料

劍橋大學研究員近日確認了一種成本較低的新材料，可以使鋰離子電池的充電速度和性能遠超電池電極上使用的納米粒子。

該材料被稱為鈮鎢氧化物，其性能遠超應用於電動汽車和能量儲存系統上的傳統材料，不僅可以使智能手機在幾分鐘內充滿電，還可以使高功率電池充電更快、安全性能更高，因此，該材料或可幫助克服我們電池的阻礙，大規模使用電動汽車和太陽能。

在《自然》雜誌發表的文章中，研究員表示，此種新材料的鋰運輸率極佳，可以幫助科學家和電池研發者創造出充電速度超快的超級電池。

研究人員認為鈮鎢氧化物也比用於鋰離子電池負極的石墨更安全。在高速率下，石墨可能會形成金屬纖維，產生短路，導致電池著火，甚至爆炸。

此外，研究人員曾應用納米粒子使電池內所有的東西變小，從而使鋰離子運動的距離縮短，但該方案成本較高，遠高於鈮鎢氧化物。

電池的構成簡單，其中有三個關鍵成分：正極、負極和電解質。我們給電池充電時，鋰離子通過晶體結構和電解質從正極向負極移動，並將其儲存起來。其運動速度越快，充電速度越快，在特定時間內釋放的電能也越多。

該論文的主要作者、劍橋大學化學學院教授Clare Grey表示，此前研究人員的重點都是放在將電極材料中的粒子變小上，但是納米微粒有其自身缺陷——它們很難製造，過於蓬鬆，且容易與電解質發安生化學反應。

納米顆粒是很難製造的，這就是為什麼我們要尋找那些具有某種特性的材料，即使它們的大小相當於微米顆粒。格雷說，這意味著你不需要經歷一個複雜的過程來製造它們，從而成本保持在較低的水平。

另一方面，鈮鎢氧化物有一個剛性的、開放的結構，不會捕捉插入的鋰。這些材料也比其他許多電極材料都要大。氧化物被氧柱打開，使鋰離子能夠在三維空間中移動。

「鈮鎢氧化物也比石墨更安全，如果你需要一個比石墨更安全的替代品，它絕對值得一看。」Grey說。

納米粒子很難捕捉且製作成本高昂，而鈮鎢氧化物製作相對簡單。

許多納米粒子結構需要多個步驟來合成，而你最終只能得到少量的材料，所以可伸縮性是一個真正的問題。但是這些氧化物很容易製造，而且不需要額外的化學物質或溶劑。

研究人員在論文中稱，在幾分鐘內使微米粒子鋰化的非常規材料和機制對高功率應用、快速充電設備、全固態能量存儲系統、電極設計和材料發現都有影響。

該新型材料在能源儲存這一重要領域取得了許多突破，在全球向清潔能源過渡中，該新型材料或將消除其中的關鍵瓶頸之一，發揮重要作用。

中國石油大學（北京）

中國國際能源輿情研究中心

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