这项研究由刘教授和Ong教授实验室的纳米工程师们共同组织进行的,该结果已发表在《自然》杂志上。
目前正在出售的锂离子电池中,有两种材料用作阳极。最常见的是石墨阳极,它的能量密度极高——带有石墨阳极的锂离子电池可以为汽车供电数百英里而无需充电。但是,这种电池在充电时会有锂金属电镀的过程,充电太快会导致火灾和爆炸。钛酸锂阳极是一种较安全的替代品,可以快速充电,但会导致能量密度显著下降,这意味着需要更频繁地对电池进行充电。而这种新型无序的岩盐阳极Li3V2O5位于重要的中间地带:它比石墨阳极更安全,提供的电池能量比钛酸锂阳极至少高出71%。
锂离子电池一般用于手机、电脑和电动汽车等设备中,较频繁的充电、放电或者快速充电会影响设备的使用寿命。
刘教授实验室的博士后、论文第一作者刘浩东表示:“岩盐阳极的容量和能量密度将比石墨阳极低一点,但是它更快、更安全并且使用寿命更长。与目前商业化的快速充电钛酸锂阳极相比,它的电压更低,因此能量密度大大提高。使用这种材料,可以制造出寿命长、安全、快速充电的电池,而不会影响太多的能量密度。”
无序岩石盐的晶体结构-Li3V2O5。红色的球代表O,蓝色的四面体代表四面体位置中的Li,绿色的八面体代表Li / V共享的八面体位置。
图片来源:圣地亚哥加州大学的Liu和Ong实验室
为了使这一发现商业化,研究人员组建了一家名为Tyfast的公司。这家初创公司的第一个市场将是电动巴士和电动工具,由于Li3V2O5无序岩盐的特性,非常适合在可轻松安排的充电设备中使用。
刘教授实验室的研究人员计划继续开发这种锂钒氧化物阳极材料,同时还优化其他电池组件以开发具有商业可行性的全电池。
刘教授说:“很长一段时间以来,电池界一直在寻找一种阳极材料,该材料的工作电压应刚好高于石墨,可以安全、快速地为锂离子电池充电。岩盐阳极材料的发现填补了重要的知识应用空白,这种材料可以成为当今锂离子电池制造工艺的简易解决方案。”
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