根据伦斯勒理工学院刚刚于2019年4月16日发表在《自然通讯》(Nature Communications)上的一项研究，制造出一种可以在几分钟内充电但仍能保持高容量运行的锂离子电池是可能。这一发展有潜力改善消费类电子产品、太阳能电网存储和电动汽车的电池性能。锂离子电池在锂离子在两个电极(正极和负极)之间移动时进行充电和放电。在传统的锂离子电池中，阳极由石墨制成，阴极由锂钴氧化物构成。这些材料在一起表现良好，这就是为什么锂离子电池越来越受欢迎的原因，但伦斯勒的研究人员认为，这种功能可以进一步增强。
博科园：伦斯勒大学机械、航空航天和核工程教授、论文通讯作者Nikhil Koratkar说：改善电池性能的方法是改进电极材料，我们试图做的是让锂离子技术在性能上变得更好。Koratkar对纳米技术和能源存储的广泛研究使他成为世界上被引用最多的研究人员之一。在最近的这项研究中，Koratkar和团队通过用二硫化钒(VS2)取代钴氧化物提高了性能。更高的能量密度，而且充电速度更快，因为它的导电性很强。从这些角度来看，我们被这种材料所吸引。近年来，围绕VS2潜力的兴奋情绪一直在增长，但直到现在，研究人员一直受到不稳定性的挑战，这种不稳定性会导致电池寿命短。
发表在《自然通讯》(Nature Communications)上的材料研究，使锂离子电池成为可能。图片：Rensselaer Polytechnic Institute
伦斯勒研究人员不仅确定了这种不稳定性发生的原因，而且还开发了一种对抗这种不稳定性的方法。该团队还包括物理学、应用物理学和天文学系主任文森特·莫尼耶(Vincent Meunier)等人，他们确定，锂的插入导致了钒原子间距的不对称，即所谓的佩尔斯畸变(Peierls畸变)，这是导致VS2薄片破裂的原因。发现在薄片上覆盖一层纳米二硫化钛涂层(TiS2)（一种不会使Peierls变形的材料）可以稳定VS2薄片，并改善它们在电池中的性能。这是新的，人们没有意识到这是根本原因，TiS2涂层起到缓冲层的作用。
它将VS2材料结合在一起，提供机械支持。一旦这个问题得到解决，研究小组发现VS2-TiS2电极可以在高比容下工作，或者在单位质量内储存大量电荷。钒和硫的体积和重量都很小，这使得它们能够提供高容量和能量密度，小尺寸也将有助于一个小型电池。当充电速度加快时，电极容量不会像其他电极那样明显下降。电极能够保持一个合理的容量，因为不同于钴氧化物，VS2-TiS2材料是导电的。Koratkar认为，这一发现在改善汽车电池、便携式电子产品的动力以及太阳能存储方面有多种应用，而高容量是很重要的，但提高充电速度也很有吸引力。
博科园-科学科普｜研究/来自: 伦斯勒理工学院
参考期刊文献:《Nature Communications》
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