剑桥大学发现铌钨氧化物可用于电池快充技术

《自然》（Nature）杂志7月25日报道，英国剑桥大学的研究人员发现，铌钨氧化物（NTO）可用于制造快充电池。虽然NTO晶体结构很复杂，但锂离子通过NTO的速度远远超过通过传统电极材料的速度。此外，NTO独特的物理结构和化学性质，对研究人员研究快充电池的安全性也有借鉴意义。

目前，虽然智能手机的电池通过快充技术已经能够在数分钟内充满电，但电池技术的发展仍然阻碍了两类清洁技术（电动汽车和太阳能电网级存储）的广泛应用。剑桥大学化学系博士后研究员、论文第一作者肯特•格里菲斯（Kent Griffith）说：“我们一直在苦苦寻找理想的快充电池材料。”

电池的充电速度取决于锂离子的正极通过电解质移动到负极的速率。在寻找新型电极材料时，研究人员通常会试着让材料的粒径更小。格里菲斯解释说：“这样设计的思路是：减少锂离子的移动距离可使运移时间缩短，从而加快充电进程。然而，利用纳米技术制造的电池，电解质副反应很多，成本很高，电池寿命也较短。”剑桥大学化学系教授、论文资深作者克莱尔•格雷（Clare Grey）补充说：“因此，我们将视线转向了某些固有特性符合需求的微米级材料。”最终，他们发现NTO可能是潜在的解决方案。

NTO具有刚性的开放结构，稳定性好且不会“困住”锂离子。其较大的颗粒尺寸也避免了纳米级颗粒的缺陷。格里菲斯推测，NTO之前受到冷遇的原因在于其复杂的原子排列情况。然而，正是这种结构复杂性和混合金属的组成为NTO提供了独特的锂离子传输性能——研究人员利用脉冲场梯度(PFG)核磁共振波谱(NMR)技术，测量了锂离子在NTO中的移动速度，发现比常用电极材料高出若干数量级。NTO除具有高锂传输速率，其制造也较简单。格里菲斯说：“NTO无需额外的化学物质或溶剂就能制造，可扩展性良好。”此外，NTO作为电极材料，虽然电池电压较低，但这对安全性的好处毋庸置疑。

格雷认为，虽然NTO可能只适用于某些特定应用，但继续发掘类似NTO的新化合物，对电池领域的持续发展很重要。

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编译：雷鑫宇 审稿：三水 责编：张梦 

来源：https://phys.org/news/2018-07-class-materials-batteries-faster.html

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