文|陳根

當(dāng)前正在出售的鋰離子電池中，一般有兩種材料作為陽極。最常見的是石墨陽極，它的能量密度極高，可以為汽車供電數(shù)百英里而無需充電。然而，這種電池在充電時會有鋰金屬電鍍的過程，從而容易導(dǎo)致火災(zāi)和爆炸。

另一種是鈦酸鋰陽極，可以快速充電，但缺點是隨著時間推移其能量密度會顯著下降，這意味著需要更頻繁地對電池進行充電。

為此，科學(xué)家們一直在尋找新的和改進陽極的方式，其中就包括具有納米級多孔結(jié)構(gòu)的材料。這種性質(zhì)的陽極有望與輸送鋰離子的液體電解質(zhì)有更大的接觸面積，同時使離子更容易擴散到固體電極材料中，最終使設(shè)備充電速度更快。

但遺憾的是，多孔納米結(jié)構(gòu)中通道的無序和隨機性質(zhì)往往會導(dǎo)致納米結(jié)構(gòu)在充電過程中坍塌，同時也會降低電池的密度和容量，并會導(dǎo)致鋰在陽極表面堆積，并在每次循環(huán)中降低其性能。

針對這些問題，近日荷蘭特文特大學(xué)研發(fā)出一款新型鋰離子電池。這種電池采用了一種新穎的電極設(shè)計，具有“開放和規(guī)則”的晶體結(jié)構(gòu)。更重要的是，這種電池可以以目前設(shè)備10倍的速度充電。

       該新型鋰電池采用的是鈮酸鎳（nickel niobate，NiNb2O6）作為材料。鈮酸鎳具有獨特的晶體結(jié)構(gòu)，有相同且重復(fù)的離子傳輸信道。在材料制造方面，也不需要在無塵室內(nèi)組裝。此外，鈮酸鎳比石墨更致密、體積能量密度更高，更有機會打造出更輕、更簡單的商業(yè)電池。

值得一提的是，這種新型陽極材料容量很高，約為244 mAh g-1。由于在操作過程中，鈮酸鎳內(nèi)部的體積變化很小，因此在2萬次循環(huán)后它還可以保留81%的容量，而且所有這些過程都不會對陽極材料造成損耗。

實驗中，研究人員將鈮酸鎳陽極集成到一個完整的電池中，測試了它的性能，發(fā)現(xiàn)其電池快充率（ultra-fast charging rates）是一般鋰離子電池的10倍。

總的來說，開發(fā)出的新型鋰電池不僅充電速度能加快10倍，充電過程也不會損壞電池或縮短電池壽命。未來，期待其在電網(wǎng)或大型電動汽車市場的應(yīng)用。