重大突破!科学家找到新型阳极材料 可使锂电池充电速度加快10倍

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财联社(上海,编辑 黄君芝)讯,对下一代电池的研究涉及到对替代材料的持续试验,因为这可能会带来显著的性能提升,而近期的一项新研究就提供了一个引人注目的突破,预示了未来的锂电池可以变成什么样子。

据报道,荷兰特文特大学(University of Twente)的科学家们生产了一种实验性锂离子电池,这种电池采用了一种新颖的电极设计,具有“开放和规则”的晶体结构。据称,这种电极可以以目前设备10倍的速度充电。

如今为电动汽车、智能手机和无数其他设备提供动力的锂离子电池都有两个电极,即阴极和阳极,而这项新研究的重点是阳极。目前,阳极是由石墨制成的,在许多方面都很好,但它无法适应超快的充电速度而不发生故障。

因此,科学家们一直寻找新的和改进的阳极,其中就包括了具有纳米级多孔结构的材料。这种性质的阳极有望与输送锂离子的液体电解质有更大的接触面积,同时使离子更容易扩散到固体电极材料中,最终使设备充电速度更快。

但可惜的是,目前提出的材料也有不足之处。多孔纳米结构中通道的无序和随机性质会导致这些结构在充电过程中坍塌,同时也会降低电池的密度和容量,并会导致锂在阳极表面堆积,并在每次循环中降低其性能。此外,这些材料的制造是复杂的,涉及刺激性化学品,并产生大量的化学废物。

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不过,特文特大学的科学家们认为,他们发现了一种合适的替代品,即铌酸镍。与以往溶液的不规则性质不同,铌酸镍具有“开放和规则”的晶体结构,具有相同的、重复的离子传输通道。这项研究成果已经发表在了《高级能源材料》杂志上。

研究人员将这种铌酸镍阳极集成到一个完整的电池中,并测试了它的性能,发现它提供了超快的充电速度,比现在的锂离子电池快10倍。他们还注意到,铌酸镍比石墨更紧凑,因此有更高的体积能量密度,也就是说,这可以使商业版本的电池更轻,更紧凑。

科学家们还报告说,这种新型阳极材料的容量很高,约为244 mAh g-1。由于在操作过程中,铌酸镍内部的体积变化很小,因此在2万次循环后它还可以保留81%的容量。所有这些过程都不会对阳极材料造成损伤,而铌酸镍的制造过程据说也比其他纳米结构材料简单得多,而且不需要一个洁净室来组装。

根据研究人员的说法,这些结果证明了铌酸镍阳极在实际电池装置中的能量存储潜力。他们认为,在电网应用中,为需要快速充电的电动机械提供动力或在重型电动汽车运输中都有直接的潜力。不过他们也表示,要将这些技术应用于标准电动汽车,还需要进一步的研究和解决问题。

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