五氧化二鈮（Niobium Pentoxide）原子的重排（來自：Argonne）

研究人員們看到了當(dāng)前鋰電池設(shè)計(jì)中的致命弱電，因而決定著手改良。據(jù)悉，隨著充放電循環(huán)的進(jìn)行，鋰離子會(huì)在兩極之間發(fā)生移動(dòng)、但只能達(dá)到一定的速度。

研究配圖 1 - 制備的 NCNO 表征

(資料圖片僅供參考)

在更快的充電速度下，鋰金屬會(huì)堆積在石墨陽極的表面 —— 不僅損害電池的性能，還可能導(dǎo)致短路、過熱、甚至起火。

研究配圖 2 - 電化學(xué)循環(huán)中的電壓曲線和微分容量

為了消除被稱作“鋰電鍍”（lithium plating）的這一障礙，該團(tuán)隊(duì)想到了借助五氧化二鈮、以提升電池的充電速度。

研究配圖 3 - 電化學(xué)循環(huán)不同階段的 SAED 和高分辨率 TEM 圖像

據(jù)悉，五氧化二鈮中的原子，可以很輕松地排列成諸多穩(wěn)定的構(gòu)型。巧的是，科學(xué)家們偶然發(fā)現(xiàn)了一種相當(dāng)便捷的途徑。

研究配圖 4 - RS-五氧化二鈮中的 Nb 氧化態(tài)表征

作為紐扣電池的陽極，五氧化二鈮從一開始就具有凌亂、無序的原子排列。但在經(jīng)歷了多次充放電后，這些原子又會(huì)自行排列成有序的晶體結(jié)構(gòu)。

研究配圖 5 - 樣品的電化學(xué)性能與計(jì)算出的遷移勢壘

科學(xué)家們將這種前所未見的納米結(jié)構(gòu)稱作“立方巖鹽”框架（cubic rock-salt framework），它可在電池充電時(shí)更容易地將鋰離子傳輸?shù)疥枠O。

研究配圖 6 - 樣品的電導(dǎo)率表征

實(shí)驗(yàn)表明，新方案可在高速充電時(shí)具有“極好的”循環(huán)穩(wěn)定性。電池在 200 mAg?1 的 400 次循環(huán)后，仍具有 225 mAg?1 的容量 —— 昆侖效率高達(dá) 99.93% 。

（來自：Nature Materials）

展望未來，科學(xué)家們希望借助這套方法來開發(fā)其它創(chuàng)新的電池材料、甚至是用于半導(dǎo)體等其它領(lǐng)域的獨(dú)立材料。