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可以制造超级电池的新材料

时间：2022-02-10 16:16:41 来源：

剑桥大学的研究人员已经确定了一种全新的材料，它可以使锂离子电池比电池电极中使用的纳米粒子更快地充电，并以更低的成本提供更高的功率性能。

这种新型材料-称为铌钨氧化物-不仅可以让我们的智能手机在几分钟内完成充电，而且还可以制造出比当今EV和储能系统中使用的电池更快，更安全的高功率电池，因此有可能克服阻碍电动汽车和太阳能大规模采用的电池障碍。

研究人员在《自然》杂志上发表的一篇论文中说，研究人员确定的材料具有出色的锂传输速率，可以帮助科学家和电池设计人员制造超快速充电电池。

研究人员说，铌钨氧化物也比用于锂离子电池负极的石墨更安全。石墨以高速率充电，往往会形成金属纤维，这会造成短路并导致电池着火甚至爆炸。

此外，据该论文的作者说，铌钨氧化物可以保持成本低于与研究人员一直试图将其放入电池中的纳米颗粒相关的成本，这些纳米颗粒试图使所有物质变小，从而使锂离子必须传播更短的距离。 。

电池以最简单的形式具有三个关键组成部分：正极，负极和电解质。当我们为电池充电时，锂离子会从正极移动通过晶体结构和电解质，到达负极并在那里存储。锂离子移动得越快，电池可以充电的越快，并且在一定时间内可以传递的能量就越多。

到目前为止，研究集中在使电极材料中的颗粒更小上，但是纳米颗粒有其自身的局限性-制备棘手，它们往往蓬松，并且会与电解质产生有害的化学反应，据克莱尔·格雷教授说。来自剑桥大学化学系，论文高级作者。

纳米粒子的制造可能会很棘手，这就是为什么即使将其用作相对较大的微米级粒子，也正在寻找具有固有性质的材料的原因。这意味着您不必经过复杂的过程即可制造它们，从而降低了成本，格雷说。

另一方面，铌钨氧化物具有刚性的，开放的结构，不会俘获插入的锂。这些材料也比许多其他电极材料大。氧化物通过氧气柱保持开放，这使锂离子可以在三个维度上穿过它们。

博士后研究员肯特·格里菲斯博士说：“氧气柱或剪切面使这些材料比其他电池化合物更坚硬，因此加上其开放的结构，意味着更多的锂离子可以通过它们，并且移动得更快。”在剑桥大学化学系和论文第一作者。

格雷说，铌钨氧化物也比石墨更安全，“对于需要更安全的石墨替代品的快速充电应用，绝对值得一看。”

研究人员说，与纳米级纳米粒子不同，纳米级纳米纳米粒子很难制造且昂贵，而铌钨氧化物则易于制造。

格里菲斯说：“许多纳米粒子的结构需要经过多个步骤才能合成，而最终只能得到很少的材料，因此可扩展性是一个现实问题。”“但是这些氧化物很容易制造，不需要其他化学药品或溶剂。”

研究人员在论文中说：“能够在数分钟内完成微米级颗粒锂化的非常规材料和机制，对高功率应用，快速充电设备，全固态储能系统，电极设计和材料发现都有影响。” 。

储能这一重要领域正在取得许多突破，这种新型材料将在消除全球向清洁能源过渡的关键瓶颈中发挥重要作用。作者：Tsvetana Paraskova for Oilprice.com


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