中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：財(cái)聯(lián)社（上海，編輯 黃君芝）訊，對(duì)下一代電池的研究涉及到對(duì)替代材料的持續(xù)試驗(yàn)，因?yàn)檫@可能會(huì)帶來(lái)顯著的性能提升，而近期的一項(xiàng)新研究就提供了一個(gè)引人注目的突破，預(yù)示了未來(lái)的鋰電池可以變成什么樣子。
據(jù)報(bào)道，荷蘭特文特大學(xué)（University of Twente）的科學(xué)家們生產(chǎn)了一種實(shí)驗(yàn)性鋰離子電池，這種電池采用了一種新穎的電極設(shè)計(jì)，具有“開(kāi)放和規(guī)則”的晶體結(jié)構(gòu)。據(jù)稱，這種電極可以以目前設(shè)備10倍的速度充電。
如今為電動(dòng)汽車、智能手機(jī)和無(wú)數(shù)其他設(shè)備提供動(dòng)力的鋰離子電池都有兩個(gè)電極，即陰極和陽(yáng)極，而這項(xiàng)新研究的重點(diǎn)是陽(yáng)極。目前，陽(yáng)極是由石墨制成的，在許多方面都很好，但它無(wú)法適應(yīng)超快的充電速度而不發(fā)生故障。
因此，科學(xué)家們一直尋找新的和改進(jìn)的陽(yáng)極，其中就包括了具有納米級(jí)多孔結(jié)構(gòu)的材料。這種性質(zhì)的陽(yáng)極有望與輸送鋰離子的液體電解質(zhì)有更大的接觸面積，同時(shí)使離子更容易擴(kuò)散到固體電極材料中，最終使設(shè)備充電速度更快。
但可惜的是，目前提出的材料也有不足之處。多孔納米結(jié)構(gòu)中通道的無(wú)序和隨機(jī)性質(zhì)會(huì)導(dǎo)致這些結(jié)構(gòu)在充電過(guò)程中坍塌，同時(shí)也會(huì)降低電池的密度和容量，并會(huì)導(dǎo)致鋰在陽(yáng)極表面堆積，并在每次循環(huán)中降低其性能。此外，這些材料的制造是復(fù)雜的，涉及刺激性化學(xué)品，并產(chǎn)生大量的化學(xué)廢物。
不過(guò)，特文特大學(xué)的科學(xué)家們認(rèn)為，他們發(fā)現(xiàn)了一種合適的替代品，即鈮酸鎳。與以往溶液的不規(guī)則性質(zhì)不同，鈮酸鎳具有“開(kāi)放和規(guī)則”的晶體結(jié)構(gòu)，具有相同的、重復(fù)的離子傳輸通道。這項(xiàng)研究成果已經(jīng)發(fā)表在了《高級(jí)能源材料》雜志上。
研究人員將這種鈮酸鎳陽(yáng)極集成到一個(gè)完整的電池中，并測(cè)試了它的性能，發(fā)現(xiàn)它提供了超快的充電速度，比現(xiàn)在的鋰離子電池快10倍。他們還注意到，鈮酸鎳比石墨更緊湊，因此有更高的體積能量密度，也就是說(shuō)，這可以使商業(yè)版本的電池更輕，更緊湊。
科學(xué)家們還報(bào)告說(shuō)，這種新型陽(yáng)極材料的容量很高，約為244 mAh g-1。由于在操作過(guò)程中，鈮酸鎳內(nèi)部的體積變化很小，因此在2萬(wàn)次循環(huán)后它還可以保留81%的容量。所有這些過(guò)程都不會(huì)對(duì)陽(yáng)極材料造成損傷，而鈮酸鎳的制造過(guò)程據(jù)說(shuō)也比其他納米結(jié)構(gòu)材料簡(jiǎn)單得多，而且不需要一個(gè)潔凈室來(lái)組裝。
根據(jù)研究人員的說(shuō)法，這些結(jié)果證明了鈮酸鎳陽(yáng)極在實(shí)際電池裝置中的能量存儲(chǔ)潛力。他們認(rèn)為，在電網(wǎng)應(yīng)用中，為需要快速充電的電動(dòng)機(jī)械提供動(dòng)力或在重型電動(dòng)汽車運(yùn)輸中都有直接的潛力。不過(guò)他們也表示，要將這些技術(shù)應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)汽車，還需要進(jìn)一步的研究和解決問(wèn)題。
