铌钨氧化物电极或能实现电动车电池快充

据外媒报道,化学家们用铌钨氧化物(niobium tungsten oxides,NTO)制作了锂离子电池电极(battery electrodes),铌钨氧化物的结晶结构或能实现电动车的电池快充,其中一种方式为:加速锂离子在锂电池电极内的进出速率,从而大幅缩短充电时间,化学家们需要提供纳米尺寸的活性颗粒物(active particles),从而缩短粒子的移动距离。不幸的是,该方式将导致材料的尺寸增大,增加成本并导致材料的不稳定。

英国剑桥大学的Clare Grey率旗下团队制作了两款材料Nb16W5O55和Nb18W16O93,其明洞结构(open tunnel structures)可确保电池充放电期间的材料稳定性,使锂离子的流动通畅。两款铌钨氧化物或可被用作阳极材料,用其替代常见的石墨材料,实现大型客车或有轨电车的快速充电。

爱尔兰科克大学材料科学家(materials scientist)Colm O’Dwyer表示:“相较于早前的材料,在特定条件下,铌钨氧化物晶体材料的膨胀率被分别限制在5.5%和2.9%。通常,阴极材料的膨胀率较高,而硅等阳极材料则例外,其膨胀率为200%-350%。因此,需要将实现其体积的纳米化,从而避免破碎(size reduction)。科研人员采用新结构可避免大面积的膨胀,主要利用其内在的各向异性(inbuilt anisotrophy):某个方向上的扩张可被其他方向的收缩抵消。”

原子级的晶体化学(crystal chemistry)属性还能防止所存储的锂离子排序(ordering)及结构重组,从而在快速充放电情况下放缓锂离子的运动。

但Grey提醒道,这只是快充技术中的一环而已,务必对所有的电池部件进行优化,才能实现快充。为此,科研人员还需要设计整套基础设施。她补充道,若你的车载电池可在1分钟内完成快充,那么在充电前,还需要对家中的所有电路进行熔接(fuse)。

研究小组成员Kent Griffith表示:“若从重量角度看,相较于标准的锂离子电池,该材质所提升的电能似乎并不多,但这类电池应用通常都用于空间受限区域,相对于重量,空间因素更为重要。你不妨想象下,若某辆电动车的车载电池并不需要提供高动力输出或快速充电,是否可将其用作双部件系统(two component system)?这类材料可被用于加速及快充,为其他的轻量化石墨阳极提供功能上的增补。”(本文图片选自chemistryworld.com)