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特温特大学采用新型铌酸镍负极材料 将锂离子电池充电速度提高十倍

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58京牌 ,荷兰特温特大学(University of Twente)的研究人员使用一种全新材料——铌酸镍,作为锂离子电池的负极,据称可将充电速度提高十倍。

(图片来源:特温特大学)

这种负极材料不易损坏,从而减少电池发生故障或缩短寿命的风险;另一优点是制造过程不复杂。

无论是用于还是电网,电池性能还有很大的增长空间。加快充放电速度,或提高能量密度,需要电池更紧凑、更轻,这之间通常存在某种“博弈”。例如,高速公路旁的快速充电器,并非所有汽车和汽车电池都适合使用。因此,全世界都在寻找新材料。除了技术要求,大幅改善电池生产的可持续性和碳足迹,这一点也很重要。 

新型铌酸镍材料(NiNb2O6)似乎具有非常理想的性能,经过多次超快充电循环,也能恢复至原来的储能水平。因其受益于“开放和规则“的晶体结构,具有相同的电荷传输通道。

这种材料的性能要优于标准的石墨负极。石墨也是一种“开放”型材料,但是经过若干次高速充电循环后,无法恢复至原来的水平,甚至会出现故障。在寻找替代品的过程中,特温特大学也选择过新型纳米结构材料。然而,该结构中的通道组织方式更加随机,甚至可能导致锂在负极材料上沉积,在每次循环后使电池性能变差。除此之外,制造这些材料很复杂。相比之下,铌酸镍不需要净化室这样的基础设施。

高充放电速率确实对重量和能量密度有影响。铌酸镍比石墨更致密,具有更高的“体积”能量密度。研究人员针对各种现有的正极材料,对首个采用新型负极材料的全电池进行了测试。结果显示,这种负极非常适合应用于能源电网、需要快速充放电的电动机器或电动重型运输。但是,要将其用于电动汽车,还需进一步改进。研究负责人Mark Huijben教授表示,这种新型负极还适合用钠等材料替代锂。

这项研究是在特温特大学MESA+研究所的特温特先进电池技术中心(Twente Centre for Advanced Battery Technology),与中国武汉理工大学和德国尤里希研究所(Forschungszentrum Jülich)合作完成的。

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