新材料可用来制造更快充电电池

2018-07-30 11:05

据英国剑桥大学官网26日消息，该校研究人员在最新一期《自然》杂志撰文指出，他们最近确定，铌钨氧化物拥有更高的锂通过速度，可用于研制能更速充电的电池，而且，该氧化物的物理结构和化学行为有助他们深入了解如何构建安全、超快速充电电池。

电池主要由三个部件组成：正极、负极和电解质。当电池充电时，锂离子从正电极中流出并通过晶体结构和电解质到达负极，在那里它们被存储。此过程发生得越快，电池充电的速度就越快。

在寻找新电极材料时，研究人员通常尝试使颗粒变得更小，但制造含有纳米粒子的实用电池很困难：电解液会产生更多不必要的化学反应，因此电池的使用寿命不长，而且制造成本也很高。最新研究中使用的铌钨氧化物具有坚硬而开的放结构，其不捕获插入的锂，并且粒子的大小比许多其他电极材料更大。

研究第一作者、剑桥大学化学系博士后研究员肯特·格里菲斯解释说：“许多电池材料都基于相同的两个或三个晶体结构，但这些铌钨氧化物根本不同。氧化物通过氧气‘支柱’保持打开，使锂离子能以三维方式穿过它们，这意味着更多锂离子可穿过它们，且速度更快。测量结果也显示，锂离子通过氧化物的速度，以比在典型电极材料高几个数量级。”

除了高锂迁移率外，铌钨氧化物也易于制造。格里菲斯说：“许多纳米粒子结构需要多个步骤来合成，但这些氧化物很容易制造，不需要额外的化学品或溶剂。”

目前锂离子电池中的大多数负极都由石墨制成，石墨具有高能量密度，但当以高倍率充电时，往往会形成被称为“枝晶”的细长锂金属纤维，这会造成短路并导致电池着火，甚至发生爆炸。

格里菲斯说：“在高倍率应用中，安全性比其他任何操作环境都要重要。对于需要更安全的石墨替代品的快速充电应用而言，这些材料以及其他类似材料，绝对值得关注。”