財聯(lián)社（上海，編輯 黃君芝）訊，對下一代電池的研究涉及到對替代材料的持續(xù)試驗，因為這可能會帶來顯著的性能提升，而近期的一項新研究就提供了一個引人注目的突破，預(yù)示了未來的鋰電池可以變成什么樣子。
據(jù)報道，荷蘭特文特大學(xué)（University of Twente）的科學(xué)家們生產(chǎn)了一種實驗性鋰離子電池，這種電池采用了一種新穎的電極設(shè)計，具有“開放和規(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。
如今為電動汽車、智能手機和無數(shù)其他設(shè)備提供動力的鋰離子電池都有兩個電極，即陰極和陽極，而這項新研究的重點是陽極。目前，陽極是由石墨制成的，在許多方面都很好，但它無法適應(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的陽極，其中就包括了具有納米級多孔結(jié)構(gòu)的材料。這種性質(zhì)的陽極有望與輸送鋰離子的液體電解質(zhì)有更大的接觸面積，同時使離子更容易擴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)中通道的無序和隨機性質(zhì)會導(dǎo)致這些結(jié)構(gòu)在充電過程中坍塌，同時也會降低電池的密度和容量，并會導(dǎo)致鋰在陽極表面堆積，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，特文特大學(xué)的科學(xué)家們認為，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。這項研究成果已經(jīng)發(fā)表在了《高級能源材料》雜志上。
研究人員將這種鈮酸鎳陽極集成到一個完整的電池中，并測試了它的性能，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，這可以使商業(yè)版本的電池更輕，更緊湊。
科學(xué)家們還報告說，這種新型陽極材料的容量很高，約為244 mAh g-1。由于在操作過程中，鈮酸鎳內(nèi)部的體積變化很小，因此在2萬次循環(huán)后它還可以保留81%的容量。所有這些過程都不會對陽極材料造成損傷，而鈮酸鎳的制造過程據(jù)說也比其他納米結(jié)構(gòu)材料簡單得多，而且不需要一個潔凈室來組裝。
根據(jù)研究人員的說法，這些結(jié)果證明了鈮酸鎳陽極在實際電池裝置中的能量存儲潛力。他們認為，在電網(wǎng)應(yīng)用中，為需要快速充電的電動機械提供動力或在重型電動汽車運輸中都有直接的潛力。不過他們也表示，要將這些技術(shù)應(yīng)用于標準電動汽車，還需要進一步的研究和解決問題。
