根據倫斯勒理工學院剛剛於2019年4月16日發表在《自然通訊》(Nature Communications)上的一項研究，製造出一種可以在幾分鐘內充電但仍能保持高容量運行的鋰離子電池是可能。這一發展有潛力改善消費類電子產品、太陽能電網存儲和電動汽車的電池性能。
鋰離子電池在鋰離子在兩個電極(正極和負極)之間移動時進行充電和放電。在傳統的鋰離子電池中，陽極由石墨製成，陰極由鋰鈷氧化物構成。這些材料在一起表現良好，這就是為什麼鋰離子電池越來越受歡迎的原因，但倫斯勒的研究人員認為，這種功能可以進一步增強。
博科園：倫斯勒大學機械、航空航天和核工程教授、論文通訊作者Nikhil Koratkar說：改善電池性能的方法是改進電極材料，我們試圖做的是讓鋰離子技術在性能上變得更好。Koratkar對納米技術和能源存儲的廣泛研究使他成為世界上被引用最多的研究人員之一。在最近的這項研究中，Koratkar和團隊通過用二硫化釩(VS2)取代鈷氧化物提高了性能。更高的能量密度，而且充電速度更快，因為它的導電性很強。從這些角度來看，我們被這種材料所吸引。近年來，圍繞VS2潛力的興奮情緒一直在增長，但直到現在，研究人員一直受到不穩定性的挑戰，這種不穩定性會導致電池壽命短。
- 發表在《自然通訊》(Nature Communications)上的材料研究，使鋰離子電池成為可能。圖片：Rensselaer Polytechnic Institute
倫斯勒研究人員不僅確定了這種不穩定性發生的原因，而且還開發了一種對抗這種不穩定性的方法。該團隊還包括物理學、應用物理學和天文學系主任文森特·莫尼耶(Vincent Meunier)等人，他們確定，鋰的插入導致了釩原子間距的不對稱，即所謂的佩爾斯畸變(Peierls畸變)，這是導致VS2薄片破裂的原因。發現在薄片上覆蓋一層納米二硫化鈦塗層(TiS2)（一種不會使Peierls變形的材料）可以穩定VS2薄片，並改善它們在電池中的性能。這是新的，人們沒有意識到這是根本原因，TiS2塗層起到緩衝層的作用。
它將VS2材料結合在一起，提供機械支持。一旦這個問題得到解決，研究小組發現VS2-TiS2電極可以在高比容下工作，或者在單位質量內儲存大量電荷。釩和硫的體積和重量都很小，這使得它們能夠提供高容量和能量密度，小尺寸也將有助於一個小型電池。當充電速度加快時，電極容量不會像其他電極那樣明顯下降。電極能夠保持一個合理的容量，因為不同於鈷氧化物，VS2-TiS2材料是導電的。Koratkar認為，這一發現在改善汽車電池、便攜式電子產品的動力以及太陽能存儲方面有多種應用，而高容量是很重要的，但提高充電速度也很有吸引力。
博科園-科學科普｜研究/來自: 倫斯勒理工學院
參考期刊文獻:《Nature Communications》
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