鈮鎢氧化物電極或能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車電池快充

據(jù)外媒報(bào)道,化學(xué)家們用鈮鎢氧化物(niobium tungsten oxides,NTO)制作了鋰離子電池電極(battery electrodes),鈮鎢氧化物的結(jié)晶結(jié)構(gòu)或能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車的電池快充,其中一種方式為:加速鋰離子在鋰電池電極內(nèi)的進(jìn)出速率,從而大幅縮短充電時(shí)間,化學(xué)家們需要提供納米尺寸的活性顆粒物(active particles),從而縮短粒子的移動(dòng)距離。不幸的是,該方式將導(dǎo)致材料的尺寸增大,增加成本并導(dǎo)致材料的不穩(wěn)定。

英國劍橋大學(xué)的Clare Grey率旗下團(tuán)隊(duì)制作了兩款材料Nb16W5O55和Nb18W16O93,其明洞結(jié)構(gòu)(open tunnel structures)可確保電池充放電期間的材料穩(wěn)定性,使鋰離子的流動(dòng)通暢。兩款鈮鎢氧化物或可被用作陽極材料,用其替代常見的石墨材料,實(shí)現(xiàn)大型客車或有軌電車的快速充電。

愛爾蘭科克大學(xué)材料科學(xué)家(materials scientist)Colm O’Dwyer表示:“相較于早前的材料,在特定條件下,鈮鎢氧化物晶體材料的膨脹率被分別限制在5.5%和2.9%。通常,陰極材料的膨脹率較高,而硅等陽極材料則例外,其膨脹率為200%-350%。因此,需要將實(shí)現(xiàn)其體積的納米化,從而避免破碎(size reduction)?？蒲腥藛T采用新結(jié)構(gòu)可避免大面積的膨脹,主要利用其內(nèi)在的各向異性(inbuilt anisotrophy):某個(gè)方向上的擴(kuò)張可被其他方向的收縮抵消?！?/p>

原子級(jí)的晶體化學(xué)(crystal chemistry)屬性還能防止所存儲(chǔ)的鋰離子排序(ordering)及結(jié)構(gòu)重組,從而在快速充放電情況下放緩鋰離子的運(yùn)動(dòng)。

但Grey提醒道,這只是快充技術(shù)中的一環(huán)而已,務(wù)必對所有的電池部件進(jìn)行優(yōu)化,才能實(shí)現(xiàn)快充。為此,科研人員還需要設(shè)計(jì)整套基礎(chǔ)設(shè)施。她補(bǔ)充道,若你的車載電池可在1分鐘內(nèi)完成快充,那么在充電前,還需要對家中的所有電路進(jìn)行熔接(fuse)。

研究小組成員Kent Griffith表示:“若從重量角度看,相較于標(biāo)準(zhǔn)的鋰離子電池,該材質(zhì)所提升的電能似乎并不多,但這類電池應(yīng)用通常都用于空間受限區(qū)域,相對于重量,空間因素更為重要。你不妨想象下,若某輛電動(dòng)車的車載電池并不需要提供高動(dòng)力輸出或快速充電,是否可將其用作雙部件系統(tǒng)(two component system)?這類材料可被用于加速及快充,為其他的輕量化石墨陽極提供功能上的增補(bǔ)?！?本文圖片選自chemistryworld.com)