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世界资讯:五氧化二铌电极材料可在使用过程中发生变化以加速充电
2022-09-09 16:43:49 来源: cnBeta.COM

在 2022 年 5 月 2 日发表于《自然材料》期刊上的一篇文章中,博伊西州立大学(Boise State University)与加州大学圣迭戈分校(UCSD)的科学家们,展示了一种新颖且独特的电极材料。通过一种非同寻常的形成方式,它能够促进锂电池更快地充电 —— 在充电过程中运用原子的最佳配置,从而更顺畅地传输锂离子。


【资料图】

五氧化二铌(Niobium Pentoxide)原子的重排(来自:Argonne)

研究人员们看到了当前锂电池设计中的致命弱电,因而决定着手改良。据悉,随着充放电循环的进行,锂离子会在两极之间发生移动、但只能达到一定的速度。

研究配图 1 - 制备的 NCNO 表征

在更快的充电速度下,锂金属会堆积在石墨阳极的表面 —— 不仅损害电池的性能,还可能导致短路、过热、甚至起火。

研究配图 2 - 电化学循环中的电压曲线和微分容量

为了消除被称作“锂电镀”(lithium plating)的这一障碍,该团队想到了借助五氧化二铌、以提升电池的充电速度。

研究配图 3 - 电化学循环不同阶段的 SAED 和高分辨率 TEM 图像

据悉,五氧化二铌中的原子,可以很轻松地排列成诸多稳定的构型。巧的是,科学家们偶然发现了一种相当便捷的途径。

研究配图 4 - RS-五氧化二铌中的 Nb 氧化态表征

作为纽扣电池的阳极,五氧化二铌从一开始就具有凌乱、无序的原子排列。但在经历了多次充放电后,这些原子又会自行排列成有序的晶体结构。

研究配图 5 - 样品的电化学性能与计算出的迁移势垒

科学家们将这种前所未见的纳米结构称作“立方岩盐”框架(cubic rock-salt framework),它可在电池充电时更容易地将锂离子传输到阳极。

研究配图 6 - 样品的电导率表征

实验表明,新方案可在高速充电时具有“极好的”循环稳定性。电池在 200 mAg⁻¹ 的 400 次循环后,仍具有 225 mAg⁻¹ 的容量 —— 昆仑效率高达 99.93% 。

(来自:Nature Materials)

展望未来,科学家们希望借助这套方法来开发其它创新的电池材料、甚至是用于半导体等其它领域的独立材料。

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责任编辑: jkl2