納米材料比塊體材料的充電機充電鋰離子蓄電池性能更優(yōu)的原因是什么？
2018-7-27 18:30:59??????點擊：
充電機充電鋰離子蓄電池的最大功率輸出以及最短充電時間通常取決于離子和電子的傳輸，這其中，電化學活性顆粒里的離子擴散行為是限制充電機充電蓄電池的充放電速率的主要原因。為了優(yōu)化緩慢的固態(tài)離子擴散從而實現(xiàn)快速充電的目標，目前主要的做法是將活性顆粒制備成多孔的納米尺寸材料，但是與此同時材料的體積能量密度等參數(shù)也會收到嚴重的影響，材料的穩(wěn)定性、可持續(xù)性以及制備成本均會限制充電機充電蓄電池的實際應用。
【成果簡介】
近期，劍橋大學的Clare P. Grey（通訊作者）團隊提出了利用微米級的鈮鎢氧化物材料（Nb16W5O55以及Nb18W16O93）來替代納米顆粒同樣可以顯著優(yōu)化充電機充電蓄電池性能。該研究證明了只要利用適當?shù)闹骶Ц襁m，材料的尺寸、結構甚至多孔性均不是實現(xiàn)高速充放電充電機充電蓄電池電極的必要性質。相反地，研究人員利用克級固態(tài)合成法制備的鈮鎢氧化物塊體材料，可高效利用其超結構模塊來穩(wěn)定鋰嵌入過程中的材料主體結構。因此這種材料不僅在鋰離子擴散系數(shù)上優(yōu)于傳統(tǒng)的電極材料（Li4Ti5O12）數(shù)個數(shù)量級，同時還能保持優(yōu)于納米材料的高容量以及高鋰存儲性能。這一鈮鎢氧化物材料的出現(xiàn)打破了通過構造納米電極材料來優(yōu)化充電機充電蓄電池中離子擴散速率和電學性能的傳統(tǒng)方法，為制備高性能充電機充電蓄電池提供了新的策略。2018年7月25日，相關成果以題為“Niobium tungsten oxides for high-rate lithium-ion energy storage”在線發(fā)表在Nature上。
【圖文導讀】
圖1 Nb16W5O55以及Nb18W16O93的晶體結構和顆粒形貌
圖2 Nb16W5O55以及Nb18W16O93的電化學表征
圖4 Nb16W5O55以及Nb18W16O93的非線性結構 演變
【成果簡介】
近期，劍橋大學的Clare P. Grey（通訊作者）團隊提出了利用微米級的鈮鎢氧化物材料（Nb16W5O55以及Nb18W16O93）來替代納米顆粒同樣可以顯著優(yōu)化充電機充電蓄電池性能。該研究證明了只要利用適當?shù)闹骶Ц襁m，材料的尺寸、結構甚至多孔性均不是實現(xiàn)高速充放電充電機充電蓄電池電極的必要性質。相反地，研究人員利用克級固態(tài)合成法制備的鈮鎢氧化物塊體材料，可高效利用其超結構模塊來穩(wěn)定鋰嵌入過程中的材料主體結構。因此這種材料不僅在鋰離子擴散系數(shù)上優(yōu)于傳統(tǒng)的電極材料（Li4Ti5O12）數(shù)個數(shù)量級，同時還能保持優(yōu)于納米材料的高容量以及高鋰存儲性能。這一鈮鎢氧化物材料的出現(xiàn)打破了通過構造納米電極材料來優(yōu)化充電機充電蓄電池中離子擴散速率和電學性能的傳統(tǒng)方法，為制備高性能充電機充電蓄電池提供了新的策略。2018年7月25日，相關成果以題為“Niobium tungsten oxides for high-rate lithium-ion energy storage”在線發(fā)表在Nature上。
【圖文導讀】
圖1 Nb16W5O55以及Nb18W16O93的晶體結構和顆粒形貌
圖2 Nb16W5O55以及Nb18W16O93的電化學表征
圖3 Nb16W5O55以及Nb18W16O93的X射線吸收譜
圖4 Nb16W5O55以及Nb18W16O93的非線性結構 演變
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