今日Nature:相比于納米材料，塊體材料的電池性能更優

nanoCJ 5年前 (2018-07-26) 7776瀏覽

【引言】

鋰離子電池的最大功率輸出以及最短充電時間通常取決于離子和電子的傳輸，這其中，電化學活性顆粒里的離子擴散行為是限制電池的充放電速率的主要原因。為了優化緩慢的固態離子擴散從而實現快速充電的目標，目前主要的做法是將活性顆粒制備成多孔的納米尺寸材料，但是與此同時材料的體積能量密度等參數也會收到嚴重的影響，材料的穩定性、可持續性以及制備成本均會限制電池的實際應用。

【成果簡介】

近期，劍橋大學的Clare P. Grey（通訊作者）團隊提出了利用微米級的鈮鎢氧化物材料（Nb₁₆W₅O₅₅以及Nb₁₈W₁₆O₉₃）來替代納米顆粒同樣可以顯著優化電池性能。該研究證明了只要利用適當的主晶格適，材料的尺寸、結構甚至多孔性均不是實現高速充放電電池電極的必要性質。相反地，研究人員利用克級固態合成法制備的鈮鎢氧化物塊體材料，可高效利用其超結構模塊來穩定鋰嵌入過程中的材料主體結構。因此這種材料不僅在鋰離子擴散系數上優于傳統的電極材料（Li₄Ti₅O₁₂）數個數量級，同時還能保持優于納米材料的高容量以及高鋰存儲性能。這一鈮鎢氧化物材料的出現打破了通過構造納米電極材料來優化電池中離子擴散速率和電學性能的傳統方法，為制備高性能電池提供了新的策略。2018年7月25日，相關成果以題為“Niobium tungsten oxides for high-rate lithium-ion energy storage”在線發表在Nature上。