陳根:鈮酸鎳作陽極,鋰電池高效且安全

文|陳根

當前正在出售的鋰離子電池中,一般有兩種材料作為陽極。

最常見的是石墨陽極,它的能量密度極

高,

可以為汽車供電數百英里而無需充電。

然而,這種電池在充電時會有鋰金屬電鍍的過程,從而容易導致火災和爆炸。

另一種是鈦酸鋰陽極,可以快速充電,但缺點是隨著時間推移其能量密度會顯著下降,這意味著需要更頻繁地對電池進行充電。

為此,科學家們一直在尋找新的和改進陽極的方式,其中就包括具有奈米級多孔結構的材料。這種性質的陽極有望與輸送鋰離子的液體電解質有更大的接觸面積,同時使離子更容易擴散到固體電極材料中,最終使裝置充電速度更快。

但遺憾的是

,多孔奈米結構中通道的無序和隨機性質

往往會

導致

奈米

結構在充電過程中坍塌,同時也會降低電池的密度和容量

,並會導致鋰在陽極表面堆積,並在每次迴圈中降低其效能。

針對這些問題,近日荷蘭特文特大學研發出一款新型鋰離子電池。這種電池採用了一種新穎的電極設計,具有“開放和規則”的晶體結構。

更重要的是,這種電池可以以目前裝置10倍的速度充電。

陳根:鈮酸鎳作陽極,鋰電池高效且安全

該新型鋰電池採用的是鈮酸鎳(nickel niobate,NiNb2O6)作為材料。鈮酸鎳具有獨特的晶體結構,有相同且重複的離子傳輸通道。在材料製造方面,也不需要在無塵室內組裝。

此外,鈮酸鎳比石墨更緻密、體積能量密度更高,更有機會打造出更輕、更簡單的商業電池。

值得一提的是,這種新型陽極材料容量很高,約為244 mAh g-1。由於在操作過程中,鈮酸鎳內部的體積變化很小,因此在2萬次迴圈後它還可以保留81%的容量,而且所有這些過程都不會對陽極材料造成損耗。

實驗中,研究人員將鈮酸鎳陽極整合到一個完整的電池中,測試了它的效能,發現其電池快充率(ultra-fast charging rates)是一般鋰離子電池的10倍。

總的來說

開發出的新型鋰電池不僅

充電速度能加快10倍,

充電

過程也不會損壞電池或縮短電池壽命。

未來,期待其在電網或大型電動汽車市場的應用。

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