《新发现铌钨氧化物可用于电池快充技术》

  • 来源专题:集成电路
  • 编译者: shenxiang
  • 发布时间:2018-07-27
  • 《自然》(Nature)杂志7月25日报道,英国剑桥大学的研究人员发现,铌钨氧化物(NTO)可用于制造快充电池。虽然NTO晶体结构很复杂,但锂离子通过NTO的速度远远超过通过传统电极材料的速度。此外,NTO独特的物理结构和化学性质,对研究人员研究快充电池的安全性也有借鉴意义。

    目前,虽然智能手机的电池通过快充技术已经能够在数分钟内充满电,但电池技术的发展仍然阻碍了两类清洁技术(电动汽车和太阳能电网级存储)的广泛应用。剑桥大学化学系博士后研究员、论文第一作者肯特格里菲斯(Kent Griffith)说:“我们一直在苦苦寻找理想的快充电池材料。”

    电池的充电速度取决于锂离子的正极通过电解质移动到负极的速率。在寻找新型电极材料时,研究人员通常会试着让材料的粒径更小。格里菲斯解释说:“这样设计的思路是:减少锂离子的移动距离可使运移时间缩短,从而加快充电进程。然而,利用纳米技术制造的电池,电解质副反应很多,成本很高,电池寿命也较短。”剑桥大学化学系教授、论文资深作者克莱尔格雷(Clare Grey)补充说:“因此,我们将视线转向了某些固有特性符合需求的微米级材料。”最终,他们发现NTO可能是潜在的解决方案。

    NTO具有刚性的开放结构,稳定性好且不会“困住”锂离子。其较大的颗粒尺寸也避免了纳米级颗粒的缺陷。格里菲斯推测,NTO之前受到冷遇的原因在于其复杂的原子排列情况。然而,正是这种结构复杂性和混合金属的组成为NTO提供了独特的锂离子传输性能——研究人员利用脉冲场梯度(PFG)核磁共振波谱(NMR)技术,测量了锂离子在NTO中的移动速度,发现比常用电极材料高出若干数量级。NTO除具有高锂传输速率,其制造也较简单。格里菲斯说:“NTO无需额外的化学物质或溶剂就能制造,可扩展性良好。”此外,NTO作为电极材料,虽然电池电压较低,但这对安全性的好处毋庸置疑。

    格雷认为,虽然NTO可能只适用于某些特定应用,但继续发掘类似NTO的新化合物,对电池领域的持续发展很重要。

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