對下(xià)一(yī)代電(diàn)池的研究涉及到對可能釋放(fàng)出重大(dà)性能提升的替代材料的持續試驗，而一(yī)項新突破提供了一(yī)個引人注目的例子，它說明了這可能是什麽樣子。來自荷蘭特文特大(dà)學的科學家們近日制造出了一(yī)種實驗性锂離(lí)子電(diàn)池，它的特點是具有開(kāi)放(fàng)和規則晶體(tǐ)結構的新型電(diàn)極設計，他們稱這可以讓充電(diàn)速度達到今天設備的10倍。

我(wǒ)(wǒ)們知(zhī)道，爲今天的電(diàn)動汽車(chē)、智能手機和無數其他設備提供動力的锂離(lí)子電(diàn)池有兩個電(diàn)極，即陰極和陽極，而這項新研究的重點是後者。目前，這些陽極是由石墨制成，這在許多方面都有很好的作用，但它無法适應超快的充電(diàn)速度而不發生(shēng)故障。

爲此，科學家們正在尋找新的和改進的陽極，其中(zhōng)一(yī)個地方是具有納米級多孔結構的材料。這種性質的陽極有望跟運輸锂離(lí)子的液體(tǐ)電(diàn)解質擁有更大(dà)的接觸面積，并以此同時讓離(lí)子更容易擴散到固體(tǐ)電(diàn)極材料中(zhōng)，最終使得設備的充電(diàn)速度快得多。

但到目前爲止提出的材料也存在一(yī)些缺點。多孔納米結構中(zhōng)通道的無序性和随機性會導緻這些結構在充電(diàn)過程中(zhōng)崩潰，同時還會降低電(diàn)池的密度和容量并且會導緻锂在陽極表面堆積，進而在每個循環中(zhōng)降低其性能。此外(wài)，這些材料的制造非常複雜(zá)，其涉及到苛刻的化學品并會産生(shēng)大(dà)量的化學廢物(wù)。

特文特大(dà)學的科學家們認爲，他們已經在一(yī)種叫做铌酸鎳的材料中(zhōng)找到了合适的替代品。跟以往解決方案的不規則性質不同，铌酸鎳具有開(kāi)放(fàng)和規則的晶體(tǐ)結構，這些結構則擁有相同的、重複的離(lí)子傳輸通道。

研究人員(yuán)将這種铌酸鎳陽極集成到一(yī)個完整的電(diàn)池單元中(zhōng)并測試了它的性能，結果發現它提供的超快充電(diàn)率比今天的锂離(lí)子電(diàn)池快9倍。他們還指出，铌酸鎳比石墨更緊湊，因此具有更高的體(tǐ)積能量密度，這可能相當于商(shāng)業版本的電(diàn)池更輕、更緊湊。

科學家們還報告稱，這種新陽極材料具有很高的容量，約爲244 mAh g-1，并且由于铌酸鎳在運行過程中(zhōng)體(tǐ)積變化很小(xiǎo)，其81%的容量在2萬個循環中(zhōng)得以保留。所有這些都是在不損害陽極材料的情況下(xià)發生(shēng)的，而據稱铌酸鎳的制造過程也比其他納米結構材料要簡單得多且不需要一(yī)個潔淨室來組裝。

根據研究人員(yuán)的說法了解到，這些結果證明了铌酸鎳陽極在實用電(diàn)池設備中(zhōng)的儲能潛力。他們認爲，在電(diàn)網應用中(zhōng)，爲需要快速充電(diàn)的電(diàn)動機械提供動力或在重型電(diàn)動汽車(chē)運輸中(zhōng)都有直接的潛力。不過他們也表示，要看到它們适用于标準電(diàn)動汽車(chē)還需要進一(yī)步研究和解決問題。