根據(jù)倫斯勒理工學院剛剛于2019年4月16日發(fā)表在《自然通訊》(Nature Communications)上的一項研究，制造出一種可以在幾分鐘內(nèi)充電但仍能保持高容量運行的鋰離子電池是可能。這一發(fā)展有潛力改善消費類電子產(chǎn)品、太陽能電網(wǎng)存儲和電動汽車的電池性能。

鋰離子電池在鋰離子在兩個電極(正極和負極)之間移動時進行充電和放電。在傳統(tǒng)的鋰離子電池中，陽極由石墨制成，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越受歡迎的原因，但倫斯勒的研究人員認為，這種功能可以進一步增強。

博科園：倫斯勒大學機械、航空航天和核工程教授、論文通訊作者Nikhil Koratkar說：改善電池性能的方法是改進電極材料，我們試圖做的是讓鋰離子技術(shù)在性能上變得更好。Koratkar對納米技術(shù)和能源存儲的廣泛研究使他成為世界上被引用最多的研究人員之一。在最近的這項研究中，Koratkar和團隊通過用二硫化釩(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，因為它的導電性很強。從這些角度來看，我們被這種材料所吸引。近年來，圍繞VS2潛力的興奮情緒一直在增長，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)定性會導致電池壽命短。

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)了一種對抗這種不穩(wěn)定性的方法。該團隊還包括物理學、應用物理學和天文學系主任文森特·莫尼耶(Vincent Meunier)等人，他們確定，鋰的插入導致了釩原子間距的不對稱，即所謂的佩爾斯畸變(Peierls畸變)，這是導致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)（一種不會使Peierls變形的材料）可以穩(wěn)定VS2薄片，并改善它們在電池中的性能。這是新的，人們沒有意識到這是根本原因，TiS2涂層起到緩沖層的作用。

它將VS2材料結(jié)合在一起，提供機械支持。一旦這個問題得到解決，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)量內(nèi)儲存大量電荷。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小型電池。當充電速度加快時，電極容量不會像其他電極那樣明顯下降。電極能夠保持一個合理的容量，因為不同于鈷氧化物，VS2-TiS2材料是導電的。Koratkar認為，這一發(fā)現(xiàn)在改善汽車電池、便攜式電子產(chǎn)品的動力以及太陽能存儲方面有多種應用，而高容量是很重要的，但提高充電速度也很有吸引力。

博科園-科學科普｜研究/來自:?倫斯勒理工學院

參考期刊文獻:《Nature Communications》

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