科学家使用新方法制造有前途的电池材料

过去十年里，锂离子电池的研究和开发突飞猛进，性能不断提高。但相关研究仍然面临重大挑战，即更快的充电速度。该问题一旦解决，将大大加快电动汽车的采用。

由美国博伊西州立大学（Boise State University）和加州大学圣地亚哥分校（University of California San Diego）领导的研究小组采用非常规方法解决了上述问题。通过利用美国能源部（DOE）阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）的资源，研究人员创造出用于电池电极的高性能材料：五氧化二铌（niobium pentoxide）。这种材料具有新的晶体结构，有望在提供出色存储容量的同时加快充电速度。

在充电过程中，锂离子从正极（阴极）移动到负极（阳极，通常由石墨制成）。在较高的充电速度下，锂金属往往会在石墨表面堆积。这一反应被称为电镀，往往会降低性能，并可能导致电池短路、过热和着火。

五氧化二铌不容易发生电镀，因此可能会比石墨更安全耐用。此外，五氧化二铌的原子可以排列成许多不同的稳定配置，不需要太多能量来重新配置。这使得研究人员可以发现提高电池性能的新结构。

在这项研究中，研究人员建造了一个以五氧化二铌为电极材料的纽扣电池。五氧化二铌具有无定形结构，即原子的无序排列。当电池多次充电和放电时，这种无序结构会转变为有序的结晶结构，而这种特殊的结构以前从未在科学文献中报道过。

与无序排列相比，晶体结构使锂离子在充电过程中更容易、更快地传输到阳极中。 这一发现表明该材料有望实现快速充电，且其他测量表明它还可以存储大量电荷。

这项技术表明，当电池充电时，铌原子会获得多个电子，这表明阳极具有很高的存储容量。获 取 更多前沿科技?研究 进展访问：https://byteclicks.com

该研究成果发表在自然材料上。

透射电子显微镜产生的图像证实了电极材料从无序排列的原子（左）转变为有序的晶体结构（右）。

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