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      研究人員將非晶固體轉化為新型電池材料 儲鋰容量高達269 mAhg火狐體育

      文章來源:未知時間:2022-05-08 點擊:

        火狐體育全站app下載蓋世汽車訊 據外媒報道,美國加州大學圣地亞哥分校(University of California San Diego)和博伊西州立大學(Boise State University)的研究人員開發了一種新方法,用以制造新型鋰離子電池材料。該方法通過使非晶材料與鋰進行循環,將其轉化為晶體材料。

        該團隊采用這種方法,將名為氧化鈮的非晶(無定形)材料轉化為新型晶態Nb2O5負極,使其具有出色的鋰存儲和快速循環能力。對于制造其他傳統方法難以制造的鋰離子電池材料,這種工藝可能發揮作用。這項研究由加州大學圣地亞哥分校納米工程學教授Shyue Ping Ong實驗室的研究人員和博伊西州立大學材料科學與工程學教授Hui (Claire) Xiong共同領導。

        隨著油價上漲,人們對電動汽車的需求日益增長。然而,目前為電動汽車提供動力的鋰離子電池成本較高,而且充電太慢,因此迫切需要開發新的電池材料。Xiong團隊的博士校友、這項研究的主要作者Pete Barnes表示:“如果想要充電15分鐘,實現電動汽車續航200或300英里,需要用到新電極,使其能以非??斓乃俣瘸潆?,而且不會出現太大的性能損失。”

        目前,鋰離子電池充電的最大瓶頸之一在于負極。常用的石墨負極具有高能量密度,但是充電速度慢,因為鋰金屬鍍層易引起火災和爆炸風險。研究人員將插層金屬氧化物(intercalation metal oxides)視為有前途的負極替代品,如該團隊發現的巖鹽Nb2O5材料,有望降低在低電壓下的鍍鋰風險。

        為了制造這種負極材料,研究團隊開發了一種創新技術,名為電化學誘導非晶態到晶態轉變(electrochemically-induced amorphous-to-crystalline transformation)。這種新電極在20 mA/g的充電速率下,可實現269 mAh/g的高儲鋰容量,更為重要的是,在1?A/g的高充電速率下,繼續保持191?mAh/g的高容量。Xiong表示:“這項工作中最令人興奮的是,發現了一種創造新型鋰離子電池電極的新方法。其訣竅在于從更高的能量相位開始,比如非晶態材料。只需將材料與鋰進行循環,就可以創造出新的晶體排列,其性能優于通過固態反應等傳統方法制造的材料。”

        這種負極具有卓越的倍率性能,源于其無序巖鹽(DRX)結構,這有點像廚房的鹽,但鋰和鈮原子以隨機方式排列。相對來說,DRX正極材料較為常見,而DRX負極較為少見。加州大學圣地亞哥分校Ong材料虛擬實驗室的博士校友Yunxing Zuo利用計算技術,展示將Li插入非晶態Nb2O5的過程,從而獲得亞穩態材料。該團隊還開發了一種衡量標準,以發現其他可能以類似方式合成的金屬氧化物。另外,計算結果表明,DRX結構中含有快速鋰擴散路徑,具有較高的倍率性能。

        研究人員認為,這項工作僅僅是開啟了一種全新的材料合成思維方式。Ong表示:“原子喜歡以某種方式排列自己。用傳統方法制造材料,通常會反復得到同樣的結果。這種新方法開辟了一條富有前景的道路,可用于制造其他非常規金屬氧化物。”

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