谭维维整容虽然这些材料(称为铌钨氧化物)在典型的循环速率下使用时不会产生更高的能量密度，但它们也可用于快速充电应用。此外，它们的物理结构和化学行为使研究人员能够深入了解如何构建安全，超快速充电电池，并下一代电池的解决方案可能来自非常规材料。该结果公布在上自然。
我们每用的许多技术每年都变得更小，更快，更便宜 - 除了电池之外。除了可以在几分钟内完全充电的智能手机之外，制造更好的电池所带来的挑战阻碍了两种主要清洁技术的广泛采用：电动汽车和太阳能电网规模存储。
“我们一直在寻找具有高速电池性能的材料，这将导致更快的充电速度，并且还可以提供高功率输出，”剑桥大学化学系博士后研究员，该论文的第一作者Kent Griffith博士说。 。
在最简单的形式中，电池由三个部件组成：正电极，负电极和电解质。当电池正在充电时，锂离子从正电极中提取并通过晶体结构和电解质移动到负电极，在那里它们被存储。此过程发生得越快，电池充电的速度就越快。
在寻找新的电极材料时，研究人员通常会尝试使颗粒变小。格林菲斯说：“我们的想法是，如果你让锂离子的距离越来越短，它应该会给你更高的速率性能。” “但制造含有纳米粒子的实用电池很困难：电解液会产生更多不必要的化学反应，因此电池的使用时间不长，而且制造成本也很高。”
“纳米粒子制作起来可能很棘手，这就是为什么我们在寻找具有我们正在寻找的特性的材料，即使它们被用作相对较大的微米级粒子。这意味着你不必经历一个复杂的过程来制造它们，这样可以降低成本，“Clare Grey教授也说道，他也是化学系和该论文的高级作者。“纳米颗粒在实际水平上也具有挑战性，因为它们往往非常蓬松，因此很难将它们紧密地包装在一起，这对于电池的体积能量密度来说是关键。”
在当前工作中使用的铌钨氧化物具有刚性的结构，其不捕获插入的锂，并且具有比许多其他电极材料更大的粒度。格里菲斯推测，这些材料以前没有受到关注的原因与它们复杂的原子排列有关。然而，他认为结构复杂性和混合金属成分是材料具有独特运输性能的原因。
“许多电池材料基于相同的两个或三个晶体结构，但这些铌钨氧化物根本不同，”格里菲斯说。氧化物通过氧气的“支柱”保持打开，这使得锂离子能够在三维空间中穿过它们。“氧气柱或剪切面使这些材料比其他电池化合物更加坚硬，因此，加上它们的结构意味着更多的锂离子可以穿过它们，而且速度更快。”
研究人员使用一种称为脉冲场梯度(PFG)核磁共振(NMR)光谱的技术，该技术不易应用于电池电极材料，研究人员测量了锂离子通过氧化物的运动，并发现它们以几个数量级的速率移动比典型的电极材料高。
目前锂离子电池中的大多数负极都是由石墨制成，具有高能量密度，但是当以高速率充电时，倾向于形成称为枝晶的细长锂金属纤维，这可能产生短并导致电池着火，可能爆炸。
格雷说：“在高利率的应用中，安全性比其他任何操作都要重要。” “对于需要更安全的石墨替代品的快速充电应用来说，这些材料以及其他类似材料肯定值得关注。”
除了高锂迁移率外，铌钨氧化物也很容易制造。“许多纳米粒子结构需要多个步骤才能合成，而你最终只需要少量材料，因此可扩展性是一个真正的问题，”格里菲斯说。“但这些氧化物很容易制造，不需要额外的化学品或溶剂。”
尽管氧化物具有优异的锂传输速率，但它们确实导致比一些电极材料更低的电池电压。然而，工作电压有利于安全，并且高锂传输速率意味着当快速循环时，这些材料的实际(可用)能量密度仍然很高。
虽然氧化物可能只适用于某些应用，但格雷说重要的是继续寻找新的化学品和新材料。“如果你不继续寻找新的化合物，菲尔兹就会停滞不前，”她说。“这些有趣的材料使我们能够很好地了解我们如何设计更高速率的电极材料。
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