對(dui)下一代(dai)電(dian)池的(de)研究涉(she)及到(dao)對(dui)可(ke)能釋放(fang)出重(zhong)大性能提(ti)升的(de)替代(dai)材料(liao)的(de)持續(xu)試(shi)驗，而一項新(xin)突破提(ti)供了(le)一個引人注目的(de)例(li)子，它(ta)說明了(le)這可(ke)能是什么(me)樣子。來自荷蘭特文(wen)特大學(xue)的(de)科(ke)學(xue)家們近日(ri)制(zhi)造出了(le)一種(zhong)實驗性鋰(li)離子電(dian)池，它(ta)的(de)特點(dian)是具有開放(fang)和規則晶(jing)體結構(gou)的(de)新(xin)型電(dian)極設計，他們稱這可(ke)以(yi)讓充電(dian)速度達到(dao)今天設備的(de)10倍。

我們(men)知道，為今天的(de)(de)電(dian)動汽車、智能手機和無(wu)數其他(ta)設備提供動力的(de)(de)鋰離子(zi)電(dian)池有(you)兩(liang)個電(dian)極，即陰(yin)極和陽(yang)極，而這項(xiang)新研究的(de)(de)重點(dian)是后者。目前，這些(xie)陽(yang)極是由石墨(mo)制成，這在許多方(fang)面都有(you)很好的(de)(de)作用，但它無(wu)法適應超快(kuai)的(de)(de)充電(dian)速度而不(bu)發生故障。

為(wei)此(ci)，科(ke)學家們(men)正在尋找新的(de)(de)和(he)改(gai)進的(de)(de)陽極，其(qi)中一個(ge)地(di)方(fang)是具有納米級多孔結構的(de)(de)材(cai)料。這種(zhong)性質(zhi)的(de)(de)陽極有望跟運輸鋰(li)離子(zi)的(de)(de)液體(ti)電解質(zhi)擁有更(geng)大的(de)(de)接觸面(mian)積，并(bing)以此(ci)同時(shi)讓離子(zi)更(geng)容易擴(kuo)散到固體(ti)電極材(cai)料中，最終使得設備的(de)(de)充電速度快得多。

但到目前為止提(ti)出的(de)材料也存在一些缺(que)點。多孔納米結構(gou)中通道的(de)無序性和(he)隨機性會(hui)導(dao)致這(zhe)些結構(gou)在充電過程(cheng)中崩潰，同時還會(hui)降低(di)電池的(de)密度和(he)容量并(bing)且會(hui)導(dao)致鋰(li)在陽極表面堆(dui)積，進而在每個循環中降低(di)其(qi)性能。此外，這(zhe)些材料的(de)制造非常復雜，其(qi)涉(she)及(ji)到苛刻的(de)化學品并(bing)會(hui)產生大(da)量的(de)化學廢物(wu)。

特文(wen)特大(da)學的(de)科學家們(men)認為，他們(men)已經在一種叫做(zuo)鈮(ni)酸(suan)鎳的(de)材料中找到了合(he)適的(de)替代(dai)品。跟以(yi)往(wang)解決方案的(de)不(bu)規(gui)則(ze)性質不(bu)同，鈮(ni)酸(suan)鎳具有開(kai)放和(he)規(gui)則(ze)的(de)晶體(ti)結構，這(zhe)些結構則(ze)擁有相同的(de)、重復的(de)離子傳輸通道。

研究人員(yuan)將(jiang)這種鈮(ni)酸(suan)鎳陽極集成到一(yi)個完整的(de)(de)(de)(de)電池(chi)單元中并測試了它的(de)(de)(de)(de)性能，結果(guo)發現它提(ti)供(gong)的(de)(de)(de)(de)超(chao)快(kuai)充電率比(bi)今天的(de)(de)(de)(de)鋰(li)離子電池(chi)快(kuai)9倍。他(ta)們還指出，鈮(ni)酸(suan)鎳比(bi)石(shi)墨更(geng)緊湊，因(yin)此具有更(geng)高的(de)(de)(de)(de)體積(ji)能量密度，這可能相當于商業版(ban)本的(de)(de)(de)(de)電池(chi)更(geng)輕、更(geng)緊湊。

科學家們還報(bao)告稱(cheng)，這種新陽極材料具有很高的(de)(de)(de)容量(liang)，約(yue)為244 mAh g-1，并(bing)且由(you)于鈮酸鎳在(zai)運行(xing)過(guo)程(cheng)中體積變化(hua)很小(xiao)，其81%的(de)(de)(de)容量(liang)在(zai)2萬個循環(huan)中得(de)以保留。所(suo)有這些都是在(zai)不(bu)損害陽極材料的(de)(de)(de)情況下(xia)發(fa)生的(de)(de)(de)，而據(ju)稱(cheng)鈮酸鎳的(de)(de)(de)制造過(guo)程(cheng)也比其他納米結構材料要簡單得(de)多且不(bu)需要一個潔凈室來組裝。

根據研究人(ren)員的(de)(de)說法了解(jie)到，這些結果證明了鈮酸(suan)鎳陽極在(zai)實用(yong)電(dian)(dian)池設(she)備中(zhong)的(de)(de)儲能潛力(li)。他(ta)(ta)們認(ren)為(wei)，在(zai)電(dian)(dian)網應(ying)用(yong)中(zhong)，為(wei)需(xu)要快速充電(dian)(dian)的(de)(de)電(dian)(dian)動機械提(ti)供(gong)動力(li)或在(zai)重型電(dian)(dian)動汽車運輸中(zhong)都(dou)有直(zhi)接的(de)(de)潛力(li)。不過他(ta)(ta)們也表示，要看(kan)到它們適用(yong)于標(biao)準電(dian)(dian)動汽車還(huan)需(xu)要進一步研究和解(jie)決(jue)問題。