新材料可用来制造更快充电电池

科学日报北京7月27日电(记者刘霞)据英国剑桥大学官方网站26日消息，该大学的研究人员在最新一期《自然》杂志上写道，他们最近发现氧化钨铌具有更高的锂传递速度，可以用来开发充电速度更快的电池。此外，氧化物的物理结构和化学行为有助于他们更深入地理解如何制造安全和超快的可充电电池。

资料来源:英国剑桥大学官方网站

电池主要由三部分组成:正极、负极和电解液。当电池充电时，锂离子从正极流出，通过晶体结构和电解质到达负极，并储存在那里。这个过程进行得越快，电池充电就越快。

在寻找新的电极材料时，研究人员通常会尝试将颗粒做得更小，但制造含有纳米颗粒的实用电池却非常困难:电解液会产生更多不必要的化学反应，因此电池的使用寿命不长，制造成本高。最新研究中使用的铌钨氧化物具有坚硬且开放的放电结构，其不捕获嵌入的锂，并且颗粒尺寸大于许多其他电极材料。

这项研究的主要作者、剑桥大学化学系的博士后研究员肯特·格里菲斯解释道:“许多电池材料都是基于相同的两三种晶体结构，但是这些铌钨氧化物却有着根本的不同。氧化物通过氧“支柱”保持开放，允许锂离子以三维形式穿过它们，这意味着更多的锂离子可以更快地穿过它们。测量结果还表明，锂离子穿过氧化物的速度比典型电极材料高几个数量级。”

除了高锂迁移率外，铌钨氧化物也易于制造。格里菲斯说:“许多纳米粒子结构需要多步合成，但这些氧化物容易制造，不需要额外的化学品或溶剂。”

目前，锂离子电池中的大多数负极都是由石墨制成的，石墨具有很高的能量密度。然而，当高速充电时，通常会形成被称为“枝晶”的细长锂金属纤维，这将导致短路并导致电池着火甚至爆炸。

格里菲斯说:“在高倍放大应用中，安全比任何其他操作环境都更重要。对于需要更安全的石墨替代品的快速充电应用，这些材料和其他类似材料绝对值得关注。”