研究人员表明,最近新发现的一组材料可以实现电池快速充电,提高智能手机在几分钟内完全充电的可能性,并加速了电动汽车和太阳能等主要清洁科技的投入应用。
电池充电的速度部分取决于正电粒子(称为锂离子)向负电极移动的速度,正电粒子之后储存在负电极处。而限制我们制造出快速充电的“超级”电池的一大因素便是锂离子在陶瓷介质中的移动速度。
一种可行的解决方案是,通过利用纳米粒子使每种物质材料变得更小。但是纳米粒子的造价非常昂贵,并且制作工艺复杂。因此,科学家们一直在寻找替代性材料来规避这一问题。
目前,剑桥大学的研究人员指出一组被称作是“铌钨氧化物”的材料可以解决上述问题。通过这一材料,锂离子可以实现超高速移动,这就意味着电池可以实现快速充电。
该研究发布于《自然》杂志,其第一作者Kent Griffith说,“铌钨氧化物与其他化合物有着本质上的不同。”这种材料于1965年被首次发现,具有刚性且开放的结构,并且有着比其他常用电池材料更大的粒子尺寸。
为了测量锂离子在这些非同一般的介质中的运动情况,研究人员使用了类似于MRI扫描仪中发现的技术。他们发现,锂离子在这些材料中的移动速度要比传统陶瓷电极材料快几百倍。
这些替代材料的另一优点在于便宜且易于制造。Griffith表示:“这些氧化物易于制造,不需要额外的化学品或溶剂。”
优化的电池可以革新电动汽车以及太阳能格网储存这两大环保技术。
剑桥大学材料化学教授Clare Grey表示,下一步要做的就是优化这一材料在整个电池中的使用,而该电池可以在电动汽车生命周期内循环使用。Clare补充道,“举例来说,人们在车站就能对电动公交车进行快速充电。”
伦敦大学学院电化学工程教授Dan Brett虽然并未参与这项研究工作,但是仍然对这一发现表示了极大的赞赏,“这一发现是激动人心的,尤其是它对电池性能所做的‘贡献’”,他说,“这项研究工作的真正聪明之处还在于其使用的一种测量机制,使得锂离子通过这一物质所达到的移动速度得以测量。”
Brett最后补充道:“该技术还将进一步优化这些材料,因此,我们可以期待,在未来,[电池]功率、能量和寿命都将得到新的改善。”
