根據(jù)倫斯勒理工學(xué)院剛剛于2019年4月16日發(fā)表在《自然通訊》(Nature Communications)上的一項(xiàng)研究，制造出一種可以在幾分鐘內(nèi)充電但仍能保持高容量運(yùn)行的鋰離子電池是可能。這一發(fā)展有潛力改善消費(fèi)類電子產(chǎn)品、太陽(yáng)能電網(wǎng)存儲(chǔ)和電動(dòng)汽車的電池性能。鋰離子電池在鋰離子在兩個(gè)電極(正極和負(fù)極)之間移動(dòng)時(shí)進(jìn)行充電和放電。在傳統(tǒng)的鋰離子電池中，陽(yáng)極由石墨制成，陰極由鋰鈷氧化物構(gòu)成。這些材料在一起表現(xiàn)良好，這就是為什么鋰離子電池越來(lái)越受歡迎的原因，但倫斯勒的研究人員認(rèn)為，這種功能可以進(jìn)一步增強(qiáng)。

博科園：倫斯勒大學(xué)機(jī)械、航空航天和核工程教授、論文通訊作者Nikhil Koratkar說(shuō)：改善電池性能的方法是改進(jìn)電極材料，我們?cè)噲D做的是讓鋰離子技術(shù)在性能上變得更好。Koratkar對(duì)納米技術(shù)和能源存儲(chǔ)的廣泛研究使他成為世界上被引用最多的研究人員之一。在最近的這項(xiàng)研究中，Koratkar和團(tuán)隊(duì)通過(guò)用二硫化釩(VS2)取代鈷氧化物提高了性能。更高的能量密度，而且充電速度更快，因?yàn)樗�的�?dǎo)電性很強(qiáng)。從這些角度來(lái)看，我們被這種材料所吸引。近年來(lái)，圍繞VS2潛力的興奮情緒一直在增長(zhǎng)，但直到現(xiàn)在，研究人員一直受到不穩(wěn)定性的挑戰(zhàn)，這種不穩(wěn)定性會(huì)導(dǎo)致電池壽命短。

發(fā)表在《自然通訊》(Nature Communications)上的材料研究，使鋰離子電池成為可能。圖片：Rensselaer Polytechnic Institute

倫斯勒研究人員不僅確定了這種不穩(wěn)定性發(fā)生的原因，而且還開發(fā)了一種對(duì)抗這種不穩(wěn)定性的方法。該團(tuán)隊(duì)還包括物理學(xué)、應(yīng)用物理學(xué)和天文學(xué)系主任文森特·莫尼耶(Vincent Meunier)等人，他們確定，鋰的插入導(dǎo)致了釩原子間距的不對(duì)稱，即所謂的佩爾斯畸變(Peierls畸變)，這是導(dǎo)致VS2薄片破裂的原因。發(fā)現(xiàn)在薄片上覆蓋一層納米二硫化鈦涂層(TiS2)（一種不會(huì)使Peierls變形的材料）可以穩(wěn)定VS2薄片，并改善它們?cè)陔姵刂械男阅堋＿@是新的，人們沒(méi)有意識(shí)到這是根本原因，TiS2涂層起到緩沖層的作用。

它將VS2材料結(jié)合在一起，提供機(jī)械支持。一旦這個(gè)問(wèn)題得到解決，研究小組發(fā)現(xiàn)VS2-TiS2電極可以在高比容下工作，或者在單位質(zhì)量?jī)?nèi)儲(chǔ)存大量電荷。釩和硫的體積和重量都很小，這使得它們能夠提供高容量和能量密度，小尺寸也將有助于一個(gè)小型電池。當(dāng)充電速度加快時(shí)，電極容量不會(huì)像其他電極那樣明顯下降。電極能夠保持一個(gè)合理的容量，因?yàn)椴煌�于鈷氧化物，VS2-TiS2材料是導(dǎo)電的。Koratkar認(rèn)為，這一發(fā)現(xiàn)在改善汽車電池、便攜式電子產(chǎn)品的動(dòng)力以及太陽(yáng)能存儲(chǔ)方面有多種應(yīng)用，而高容量是很重要的，但提高充電速度也很有吸引力。

(關(guān)鍵字：鋰離子電池)