剑桥
大学的研究人员们，刚刚确定了一组可用于制造更高
功率电池的新
材料。他们发现，锂离子能够以远超典型电极材料的速度，穿过铌钨氧化物材料形成的复杂微观
结构，这意味着它能够实现更快的充电速度。简而言之，这项发现或成为构建下一代锂离子电池的关键。它们有望在几分钟内完成充电（而不是几小时），且不会出现危险的过热现象。
A#rh@8h+ thc <xxRP _c`K+o"3 研究配图 - 1：Nb16W5O55 和 Nb18W16O93 的晶体结构 / 粒子形态
[Wi 1|]X"G 自 20 世纪 90 年代以来，锂离子电池得到了持续而广泛的应用。遗憾的是，其能量密度的提升，每年只有 3~4% —— 远低于电动汽车和消费
电子制造商们的期待。
:z&7W< aS84n.?vq 更重要的是，这些改进通常来自于包装材料的优化，而不是电极本身。这种策略几乎无法弥补电池技术的另一个固有缺点 —— 充电速度慢。
xwi\ 为了提升充电速率，就必须加快带电锂离子从正极到负极的流动速度。此前
科学家们一直试图通过在电极内部建立特殊的
纳米机构来实现这一目标：
:>+\17tx k7@t{Cu0D&
此举旨在减少锂离子行进的距离，但吗你颗粒用起来既棘手又昂贵，而且它们还会产生不必要的化学反应，进而缩短了电池的使用寿命。
d%_OT0Ei \]uV!)V5B -TO\'^][X 研究配图 - 2：两种物质的电化学特性
[;A[.&6 在剑桥大学的最新发现中，研究人员们采用了不同的方法：
SJ?cI! =x 其选择了具有刚性、拥有开放式柱状结构的较大颗粒。这一结构使得锂离子能够无阻碍的大量移动，从而将其流通量提升了数个等级。
=>iA gp'# 新电极材料也可以是更安全的替代品：
jQ\zG J3 大多数锂离子电池中的负极，是由石墨制成的。在高速充电的时候，尤其会形成枝晶（dendrites），即锂纤维的微观结构。
aC%&U4OS 枝晶会导致电池短路甚至起火，但剑桥大学的新型电极材料并不会。
r)^vO+3u `d\r;cE%lm ?'s6Xmd 研究配图 - 9：块状和青铜型三元铌钨氧化物的预期，及与二元铌氧化物的电化学比较。
K/L;8a 研究资深作者 Clare Grey 教授表示：
&@% $2O.3 KC`q#&dt 在快充应用中，安全性是一个更需要被关注的地方。这类有潜力的新材料绝对值得一看，因为我们需要一个比石墨更安全的替代品。
_n;;][]S 此外，纳米机构需要多个步骤太能制造，导致其产量极低和可扩展性等问题。
l +*&:Q/ 相比之下，铌钨氧化物制造起来更简单，并且不需要额外的化学品或溶剂。当然，在投入实际应用前，我们还有许多工作要完成。
jYRP8 Yi 有关这项研究的详情，已经发表在近日出版的《自然》（Nature）杂志上。原标题为：
pav'1d% /,@p\Ae5 《Niobium tungsten oxides for high-rate lithium-ion energy storage》
b2,!g }I [编译自：
New Atlas , 来源：
University of Cambridge]
帖子
勋章
关注
任务
