研究人员使用复杂的晶体结构的材料,发现锂离子穿过他们的利率远远超过那些典型的电极材料,相当于一个电池充电更快
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研究人员已经确定了一组材料,可以用来制造更高的动力电池。研究人员,来自剑桥大学,与一个复杂的晶体结构材料使用,发现锂离子穿过他们的利率远远超过那些典型的电极材料,这相当于一个更快的电池充电。

尽管这些材料,被称为铌钨氧化物,在典型循环率下使用时,不会导致更高的能量密度,他们来到自己的充电快应用程序。

有价值的洞察如何安全,可以建造超快速充电电池


此外,它们的物理结构和化学行为使研究人员对如何安全,188betsport可以建造超快速充电电池,并建议下一代电池的解决方案可能来自非常规材料。研究结果发表在《自然》杂志上。

我们每天使用的许多技术已经越来越小,每年更快更便宜——电池除外。除了智能手机的可能性在几分钟之内就可以充满电,相关的挑战做出更好的电池阻碍两个主要清洁技术的广泛应用:电动汽车和电网存储太阳能。

“我们一直在寻找材料和高效的电池性能,这将导致更快的充电,也可以提供高功率输出,“肯特·格里菲斯博士说,博士后在剑桥大学的化学系和论文的第一作者。188betsport

以最简单的形式,电池由三部分组成:一个正极,负电极和电解质。当电池充电时,锂离子从正电极中提取,通过晶体结构和电解质移动到负电极,存放地点。这个过程越快,电池充电的速度越快。

很多多余的电解液的化学反应188betsport


在寻找新的电极材料时,研究人员通常试图使粒子变小。“如果你让锂离子的移动距离变短,它应该给你更高的性能,“格里菲斯说。“但是很难用纳米颗粒制造出实用的电池:你会与电解质发生更多不必要的化学反应,188betsport因此,电池不一样长,而且制作成本很高。”“

教授克莱尔灰色,从化学和文章的资深作者,188betsport他说:“纳米颗粒很难制造,这就是为什么我们正在寻找材料固有的属性我们寻找,即使他们被用作较大微米大小的颗粒。这意味着你不需要经历一个复杂的过程,使它们,这样可以降低成本。

“纳米颗粒在实际工作中也很有挑战性,因为它们很“蓬松”,所以很难把它们紧紧地包在一起,这是电池体积能量密度的关键。”“

铌钨氧化物应用于当前的工作有一个严格的,开放的结构,没有陷阱插入锂,和有更大的粒子大小比许多其他电极材料。

格里菲斯推测,这些材料之前没有收到关注的原因是复杂的原子安排相关。然而,他建议的结构复杂性和mixed-metal组成材料具有独特的传输性能的原因。

“这些铌钨氧化物从根本上是不同的”


“许多电池材料是基于相同的两个或三个晶体结构,但是这些铌钨氧化物有根本的不同,“格里菲斯说。氧化物被氧的“柱”撑开,这使得锂离子通过它们在三维空间中移动。

“氧气柱,或剪切的飞机,使这些材料比其他电池化合物更坚硬,以便,加上他们的开放结构意味着更多的锂离子可以穿过他们,和快得多。”“

使用一种称为脉冲场梯度的技术(PFG)核磁共振(NMR)谱,这不是容易应用在电池电极材料,研究人员测量通过氧化物锂离子的运动,发现它们的移动速度比典型的电极材料高出几个数量级。

目前锂离子电池中的大多数负极是由石墨制成的,具有很高的能量密度,但是如果收费很高,倾向于形成细长的锂金属纤维,称为枝晶,这会造成短路,导致电池着火并可能爆炸。

一个更安全的替代石墨


“在高速应用中,安全是一个更大的担忧比在任何其他操作情况下,“灰色表示。“这些材料,可能还有像他们这样的人,绝对是值得一看充电快应用程序,你需要一个更安全的替代石墨。”“

除了锂运输率高,铌钨氧化物也很容易制造。“很多采取多个步骤合成纳米结构,你只有得到少量的材料,所以可伸缩性是一个真正的问题,“格里菲斯说。“但这些氧化物很容易制作,而且不需要额外的化学物质或溶剂”。188betsport“

虽然氧化物有很好的锂离子传输率,他们这样做会导致电池电压低于一些电极材料。然而,操作电压有利于安全和高锂运输率意味着当骑自行车快,这些材料的实际(可用)能量密度仍然很高。

而氧化物可能只适合某些应用程序,灰色表示,重要的是继续寻找新的化学制剂和新材料。188betsport“如果你不继续寻找新的化合物,田地就会停滞,“她说。“这些有趣的材料给我们一个好的洞察如何设计高电极材料。”“

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