剑桥大学研究员近日确认了一种成本较低的新材料，可以使锂离子电池的充电速度和性能远超电池电极上使用的纳米粒子。

该材料被称为铌钨氧化物，其性能远超应用于电动汽车和能量储存系统上的传统材料，不仅可以使智能手机在几分钟内充满电，还可以使高功率电池充电更快、安全性能更高，因此，该材料或可帮助克服我们电池的阻碍，大规模使用电动汽车和太阳能。

在《自然》杂志发表的文章中，研究员表示，此种新材料的锂运输率极佳，可以帮助科学家和电池研发者创造出充电速度超快的超级电池。

研究人员认为铌钨氧化物也比用于锂离子电池负极的石墨更安全。在高速率下，石墨可能会形成金属纤维，产生短路，导致电池着火，甚至爆炸。

此外，研究人员曾应用纳米粒子使电池内所有的东西变小，从而使锂离子运动的距离缩短，但该方案成本较高，远高于铌钨氧化物。

电池的构成简单，其中有三个关键成分：正极、负极和电解质。我们给电池充电时，锂离子通过晶体结构和电解质从正极向负极移动，并将其储存起来。其运动速度越快，充电速度越快，在特定时间内释放的电能也越多。

该论文的主要作者、剑桥大学化学学院教授Clare Grey表示，此前研究人员的重点都是放在将电极材料中的粒子变小上，但是纳米微粒有其自身缺陷——它们很难制造，过于蓬松，且容易与电解质发安生化学反应。

纳米颗粒是很难制造的，这就是为什么我们要寻找那些具有某种特性的材料，即使它们的大小相当于微米颗粒。格雷说，这意味着你不需要经历一个复杂的过程来制造它们，从而成本保持在较低的水平。

另一方面，铌钨氧化物有一个刚性的、开放的结构，不会捕捉插入的锂。这些材料也比其他许多电极材料都要大。氧化物被氧柱打开，使锂离子能够在三维空间中移动。

“铌钨氧化物也比石墨更安全，如果你需要一个比石墨更安全的替代品，它绝对值得一看。”Grey说。

纳米粒子很难捕捉且制作成本高昂，而铌钨氧化物制作相对简单。

许多纳米粒子结构需要多个步骤来合成，而你最终只能得到少量的材料，所以可伸缩性是一个真正的问题。但是这些氧化物很容易制造，而且不需要额外的化学物质或溶剂。

研究人员在论文中称，在几分钟内使微米粒子锂化的非常规材料和机制对高功率应用、快速充电设备、全固态能量存储系统、电极设计和材料发现都有影响。

该新型材料在能源储存这一重要领域取得了许多突破，在全球向清洁能源过渡中，该新型材料或将消除其中的关键瓶颈之一，发挥重要作用。

翻译：于海梅

审校：张媛媛