新型负极材料问世 让电池在20秒内提供超过40%的容量

据外媒报道，加州大学圣地亚哥分校的科学家发现了一种新的负极材料，这种材料可以在几分钟内为锂离子电池安全充电，并可以承受数千次充电和放电循环。这种被称为无序岩盐的新型负极由地球上丰富的锂、钒和氧原子组成。它的排列方式与厨房中使用的普通食盐相似，但更随机。在需要高能量密度和高功率的商业应用中，如电动汽车、真空吸尘器或电钻，这种材料具有广阔的前景。

图片来源：UCS官方网站。这项研究由Liu Ping教授和Shyue Ping Ong教授的纳米工程师在他们的实验室共同领导。目前，有两种常用的锂离子电池负极材料。最常见的类型是石墨负极，它具有极高的能量密度，可以支持电动汽车一次充电行驶数百英里。然而，由于锂金属电镀工艺的原因，如果石墨负极的充电速度过快，就容易发生火灾和爆炸。石墨负极的替代品-钛酸锂负极更安全，可以快速充电，但能量密度显著降低，导致需要更频繁地给电池充电。研究人员发现的新型无序岩盐负极Li3V2O5处于一个重要的中间位置：它比石墨更安全，但可以比钛酸锂提供至少71%的能量。它的容量和能量略低于石墨，但充电速度更快、更安全，使用寿命更长。此外，与目前使用的商用快速充电钛酸锂负极相比，它具有更低的电压并大大提高了其能量密度。“首席研究员刘浩东说，因此，使用这种材料，我们可以在不牺牲太多能量密度的情况下制造快速充电、长寿命和安全的电池。为了将这一发现商业化，研究人员成立了泰法斯特公司。这家初创公司已将电动公交车和电动工具确定为主要市场，因为Li3V2O5无序岩盐适合用于设备易于充电。研究人员计划继续开发这种锂钒氧化物负极材料，同时优化其他电池组件，以开发商业上可行的全电池。刘平说， “长期以来，电池行业一直在寻找一种电位略高于石墨的负极材料，以实现锂离子电池的安全快速充电。这种材料填补了重要的知识和应用空白，可以作为当今锂离子电池制造过程的直接替代解决方案。我们对其商业化感到兴奋潜在的为什么要试试这种材料？六年前，研究人员开始尝试使用无序的岩盐作为电池的负极。当人们将其用作负极时，材料的电压需要为1.5V才能放电，但当我们在1.5V的电压下观察这种负极材料的结构时，我们认为这种材料具有特殊的结构，可以容纳更多的锂离子。这意味着它可以在较低的电压下作为负极工作。研究团队发现，他们的无序岩盐负极可以在0.6V的平均电压下可逆地循环两种类型的锂离子。这高于石墨负极的0.1V。在高充电率下，取消锂金属电镀工艺可以使电池更安全，但它低于钛酸锂嵌入锂中时的1.5V电压，因此可以存储更多的能量。研究人员已经表明，Li3V2O5负极的充电和放电循环次数可以超过6000次，而容量衰减可以忽略不计，并且它可以快速充电和放电能量，在20秒内提供超过40%的容量。由于独特的低能垒重分布锂嵌入机制，电压低，能量转移率高。为了理解无序岩盐Li3V2O5负极为什么能很好地工作，来自Shyue Ping Ong教授材料虚拟实验室的博士后学者Zhuoying Zhu进行了理论计算。他说：“我们发现Li3V2O5通过不同于其他电极材料的充电机制工作。由于锂离子以某种方式重排，电压较低，锂迅速扩散。”……

d、 “我们相信还有其他电极材料有待发现，它们也有类似的机制

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