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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