来源： 时间：2022-08-30 13:35:02
科学家们发现了一种新的材料，可以用来制造充电更快的智能手机电池。来自英国剑桥大学的研究人员使用了具有复杂晶体结构的材料，发现锂离子在这些材料中的移动速度远远超过了典型的电极材料，相当于充电速度快得多的电池。
根据发表在《自然》杂志上的研究，尽管这些被称为铌钨氧化物的材料在典型的循环速率下使用时不会导致更高的能量密度，但它们本身就适合快速充电应用。此外，它们的物理结构和化学行为让研究人员对如何构建安全、超快充电电池有了宝贵的见解，并表明下一代电池的解决方案可能来自非传统材料。
剑桥化学系博士后研究员肯特·格里菲斯（Kent Griffith）表示：“我们一直在寻找具有高倍率电池性能的材料，这将导致更快的充电，并可以提供高功率输出。”电池最简单的形式是由三个部分组成：正极、负极和电解质。当电池充电时，锂离子从正极中提取，并通过晶体结构和电解质移动到负极，在那里它们被储存。研究人员说，这个过程发生得越快，电池充电的速度就越快。
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本研究中使用的铌钨氧化物具有刚性、开放的结构，不会捕获插入的锂，并且比许多其他电极材料具有更大的颗粒尺寸。Griffith认为结构的复杂性和混合金属成分是材料具有独特输运性质的原因。“许多电池材料基于相同的两三种晶体结构，但这些铌钨氧化物根本不同，”格里菲斯说。氧化物被氧的“柱子”保持开放，这使得锂离子能够在三维中穿过它们。
格里菲斯说：“氧柱或剪切面使这些材料比其他电池化合物更刚性，因此，加上它们的开放结构，意味着更多的锂离子可以通过它们，而且速度要快得多。”使用一种被称为脉冲场梯度(pFG)核磁共振(NMR)光谱的技术，研究人员测量了锂离子在氧化物中的移动，并发现它们的移动速率比典型的电极材料高几个数量级。目前锂离子电池的负极大多由石墨制成，石墨具有较高的能量密度。
然而，当充电率很高时，它往往会形成细长的锂金属纤维，被称为树突，这可能造成短路，导致电池着火，并可能爆炸。剑桥大学化学系的克莱尔·格雷教授说：“在高速应用中，安全性比任何其他操作环境都更令人担忧。”格雷说：“这些材料，以及潜在的其他类似材料，在快速充电应用中肯定值得考虑，因为你需要一种更安全的石墨替代品。”
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