研究发现铌可提高锂离子电池安全和容量
- 2022-09-20 13:07:57
- 来源：全球地质矿产信息系统
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文章来源于：全球地质矿产信息系统，原文链接：研究发现铌可提高电池安全和容量
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据Mining.com网站报道，美国研究人员制作了一种具有新的晶体结构的五氧化二铌材料，这种高性能材料可用于电池电极。 在发表于《自然-材料》（Nature Materials）期刊的论文中，科学家解释称，这种材料在提供良好储存能力的同时，能够加速锂离子电池充电。 研究团队指出，在充电过程中，锂离子从正极移往通常由石墨构成的负极。在充电速度加快的情况，锂金属就会在石墨表面堆积。这种效应被称为“析晶”（plating），将会降低电池性能，并导致电池短路、过热和着火。 然而，五氧化二铌却不太容易析晶，有可能比石墨更安全和耐用。另外，其原子能够以更多不同的稳定方式排列，不需要太多能量来重新配置。 在此项研究中，科学家制造了一种纽扣电池，或一种小型圆形电池设备，其电极材料采用了五氧化二铌。五氧化二铌为隐晶质结构，换句话说，就是原子排列无序。当电池多次充放电时，无序结构就变成了有序结构，即晶体。这种特殊结构在以前的科学文献中未见报道。
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与无序排列相比，晶体结构使得充电期间锂离子向阳极运移更容易、更快。 这一发现表明该材料有望实现快速充电，其他测试还表明它可以存储大量电荷。 由于充放电循环过程中的变化复杂，因此还需要几个互补的测试工具来全面了解。 刘玉资认为，“由于电子束聚焦样品的很小一片区域，这项技术提供了这片特殊区域的详细信息”。 这位科学家和同伴还运用同步加速器 X 射线衍射来验证结构变化。此项技术涉及用高能X射线束来撞击样品，这些X射线束被材料中原子的电子散射。 在刘玉资看来，X射线衍射在提供整个材料样品的总体结构变化的信息方面很有效。这也有助于研究电池电极材料，因为它们的结构往往因区域而异。 所以，利用X射线束从不同角度撞击阳极材料，可以确认它沿表面和内部是均匀结晶的。 完成此项操作后，该团队使用一种称为X射线光电子能谱的工具来评估阳极材料。他们将X射线束射入阳极，以一定的能量从阳极中激发出电子。 该技术表明，当电池充电时，铌原子会获得多个电子。这表明阳极具有高存储容量。 “使用传统合成方法，比如使材料受热和加压，很难制造出高性能的五氧化二铌晶体”，媒体声明称。 “本研究成功地采用了非传统合成方法，即对电池进行充放电，可用于制造其他创新性电池材料。它甚至可能支持在其他领域制造新型材料，比如半导体和催化剂”。 |
