劍橋大學的研究人員們，剛剛確定了一組可用于制造更高功率電池的新材料。他們發(fā)現(xiàn)，鋰離子能夠以遠超典型電極材料的速度，穿過鈮鎢氧化物材料形成的復雜微觀結構，這意味著它能夠實現(xiàn)更快的充電速度。簡而言之，這項發(fā)現(xiàn)或成為構建下一代鋰離子電池的關鍵。它們有望在幾分鐘內完成充電（而不是幾小時），且不會出現(xiàn)危險的過熱現(xiàn)象。

研究配圖 - 1：Nb16W5O55 和 Nb18W16O93 的晶體結構 / 粒子形態(tài)

　　自 20 世紀 90 年代以來，鋰離子電池得到了持續(xù)而廣泛的應用。遺憾的是，其能量密度的提升，每年只有 3——4% —— 遠低于電動汽車和消費電子制造商們的期待。

　　更重要的是，這些改進通常來自于包裝材料的優(yōu)化，而不是電極本身。這種策略幾乎無法彌補電池技術的另一個固有缺點 —— 充電速度慢。

　　為了提升充電速率，就必須加快帶電鋰離子從正極到負極的流動速度。此前科學家們一直試圖通過在電極內部建立特殊的納米機構來實現(xiàn)這一目標：

　　此舉旨在減少鋰離子行進的距離，但嗎你顆粒用起來既棘手又昂貴，而且它們還會產生不必要的化學反應，進而縮短了電池的使用壽命。

研究配圖 - 2：兩種物質的電化學特性

　　在劍橋大學的最新發(fā)現(xiàn)中，研究人員們采用了不同的方法：

　　其選擇了具有剛性、擁有開放式柱狀結構的較大顆粒。這一結構使得鋰離子能夠無阻礙的大量移動，從而將其流通量提升了數(shù)個等級。

　　新電極材料也可以是更安全的替代品：

　　大多數(shù)鋰離子電池中的負極，是由石墨制成的。在高速充電的時候，尤其會形成枝晶（dendrites），即鋰纖維的微觀結構。

　　枝晶會導致電池短路甚至起火，但劍橋大學的新型電極材料并不會。

研究配圖 - 9：塊狀和青銅型三元鈮鎢氧化物的預期，及與二元鈮氧化物的電化學比較。

　　研究資深作者 Clare Grey 教授表示：

　　在快充應用中，安全性是一個更需要被關注的地方。這類有潛力的新材料絕對值得一看，因為我們需要一個比石墨更安全的替代品。

　　此外，納米機構需要多個步驟太能制造，導致其產量極低和可擴展性等問題。

　　相比之下，鈮鎢氧化物制造起來更簡單，并且不需要額外的化學品或溶劑。當然，在投入實際應用前，我們還有許多工作要完成。

　　有關這項研究的詳情，已經發(fā)表在近日出版的《自然》（Nature）雜志上。原標題為：

　　《Niobium tungsten oxides for high-rate lithium-ion energy storage》

　　[編譯自：New Atlas , 來源：University of Cambridge]