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新材料可用來制造更快充電電池
時(shí)間:2018-07-28 11:35來源:科技日?qǐng)?bào) 作者:綜合報(bào)道
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據(jù)英國(guó)劍橋大學(xué)官網(wǎng)7月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(gè)部件組成：正極、負(fù)極和電解質(zhì)。當(dāng)電池充電時(shí)，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(chǔ)。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(shí)，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(shí)用電池很困難：電解液會(huì)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(zhǎng)，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(jiān)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(gè)或三個(gè)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(cè)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(gè)數(shù)量級(jí)。”
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(gè)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(shí)，往往會(huì)形成被稱為“枝晶”的細(xì)長(zhǎng)鋰金屬纖維，這會(huì)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(duì)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(duì)值得關(guān)注。”
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