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鈮鎢氧化物可用來制造更快充電電池

   2018-07-31 科技日報

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核心提示:據(jù)英國劍橋大學(xué)官網(wǎng)26日消息,該校研究人員在最新一期《自然》雜志撰文指出,他們最近確定,鈮鎢氧化物擁有更高的鋰通過速度,可

據(jù)英國劍橋大學(xué)官網(wǎng)26日消息,該校研究人員在最新一期《自然》雜志撰文指出,他們最近確定,鈮鎢氧化物擁有更高的鋰通過速度,可用于研制能更速充電的電池,而且,該氧化物的物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)行為有助他們深入了解如何構(gòu)建安全、超快速充電電池。

電池主要由三個部件組成:正極、負(fù)極和電解質(zhì)。當(dāng)電池充電時,鋰離子從正電極中流出并通過晶體結(jié)構(gòu)和電解質(zhì)到達(dá)負(fù)極,在那里它們被存儲。此過程發(fā)生得越快,電池充電的速度就越快。

在尋找新電極材料時,研究人員通常嘗試使顆粒變得更小,但制造含有納米粒子的實用電池很困難:電解液會產(chǎn)生更多不必要的化學(xué)反應(yīng),因此電池的使用壽命不長,而且制造成本也很高。最新研究中使用的鈮鎢氧化物具有堅硬而開的放結(jié)構(gòu),其不捕獲插入的鋰,并且粒子的大小比許多其他電極材料更大。

研究第一作者、劍橋大學(xué)化學(xué)系博士后研究員肯特·格里菲斯解釋說:“許多電池材料都基于相同的兩個或三個晶體結(jié)構(gòu),但這些鈮鎢氧化物根本不同。氧化物通過氧氣‘支柱’保持打開,使鋰離子能以三維方式穿過它們,這意味著更多鋰離子可穿過它們,且速度更快。測量結(jié)果也顯示,鋰離子通過氧化物的速度,以比在典型電極材料高幾個數(shù)量級。”

除了高鋰遷移率外,鈮鎢氧化物也易于制造。格里菲斯說:“許多納米粒子結(jié)構(gòu)需要多個步驟來合成,但這些氧化物很容易制造,不需要額外的化學(xué)品或溶劑。”

目前鋰離子電池中的大多數(shù)負(fù)極都由石墨制成,石墨具有高能量密度,但當(dāng)以高倍率充電時,往往會形成被稱為“枝晶”的細(xì)長鋰金屬纖維,這會造成短路并導(dǎo)致電池著火,甚至發(fā)生爆炸。

格里菲斯說:“在高倍率應(yīng)用中,安全性比其他任何操作環(huán)境都要重要。對于需要更安全的石墨替代品的快速充電應(yīng)用而言,這些材料以及其他類似材料,絕對值得關(guān)注。”



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