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鈮鎢氧化物鋰電池負極新材料,助力未來智能交通

發布日期:2023-04-09 17:43:29瀏覽次數: 0

 據報道,杭州亞運會期間的滬杭智能高速公路交通將采用目前國際上先進的無人智能交通系統,基于此,我們可以想象以下基于5G技術、北斗衛星導航和無線快速充電技術的未來交通的場景:


    你坐在你的無人車里,看著顯示屏型車窗上播放的新大片,根本沒有感覺到你的智能車已經在智能高速上行駛了4個多小時,你的智能車正在接受衛星導航信號,根據道路實時交通狀況不斷勻速轉換車道,并且已經在連續和間斷無線快速充電后到達目的地,并且在提醒你車輛已經支付了高速通行費、充電費、智能導航信息中心的服務費后駛出高速路,你的車輛提醒睡夢中的你是否切換為白天模式并有否興趣自己駕駛一會,并且看看你所到達目的地的城市風景,并且順便確認下一個即將到達的餐廳是否是你屬意的口味,當然價格表和菜單已經在顯示屏上啦。


    你不用懷疑,這就是2030年你在錯過了高速列車后可以選擇的交通方式!


    當然這樣的交通方式依托核心關鍵技術之一就是快速無線充電電池!為了這個夢想,人類近年來在新能源領域,尤其是車用電池大功率、高續航能力、快速充電、長壽命和足夠穩定的安全性等方面投入了極大的人力物力進行研究,力圖不斷取得突破,在目前鋰電池技術上不斷拓展,一邊使目前常見的新能源汽車真正有實質性突破并引領未來智能交通。


    我們知道,和傳統電池比較,鋰離子電池由于開路電壓高、能量密度大、循環性能好等優點得到日益廣泛的應用。目前商業化使用的負極材料大多為石墨類負極材料,有很好的循環性能,但較低的理論容量(372mAh/g)逐漸不能滿足人們對高能量密度電池的需求。因此開發高容量負極材料已成為當前的研究熱點,具有潛在實用價值的負極材料,主要包括合金反應、轉化反應材料以及鈦基材料,如合金材料硅、錫、鎢、鈮和過渡金屬氧化物等。


   快速充電電池發展歷程和前瞻


   鋰離子電池的負極材料主要作為儲鋰的主體,在充放電過程中實現鋰離子的嵌入和脫出。石墨電位0.1V vs Li+/Li,與電解質形成在界面形成一層膜,并且容易形成鋰支晶,但是石墨由于層狀結構,鋰離子嵌入嵌出過程引起較大形變(10.3%),導致循環性能不足Li+在石墨中的離子遷移速率較低,導致充放電較慢,也因此現在一般使用石墨作為負極,容量較低,首次充放電效率低,有機溶劑共嵌入等不足和缺陷。所以科學家和技術人員一直在孜孜以求地開發其他高容量的非碳負極材料。


   新的研究表明,電池充電的速度部分取決于正電粒子(稱為鋰離子)向負電極移動的速度,正電粒子之后儲存在負電極處。限制我們制造出快速充電的“超級”電池的一大因素便是鋰離子在陶瓷介質中的移動速度。一種可能的解決方案是通過使用納米粒子來縮小每種物質材料。但是納米粒子的造價非常昂貴并且制作工藝復雜。因此,科學家們一直在尋找替代性材料來規避這一問題。


   鋰離子電池負極材料工作原理


   近新發現的一組材料可以實現電池快速充電,提高智能手機在幾分鐘內完全充電的可能性,并加速了電動汽車和太陽能等主要清潔科技(clean technologies,環??萍迹┑耐度霊?。劍橋大學的研究人員發現的通過被稱作是“鈮鎢氧化物”的材料,鋰離子可以實現超高速移動,意味著可以實現電池快速充電。


   鈮鎢氧化物納米棒晶體


   當然鈮鎢氧化物并不是常見的鎢的氧化物和鎢酸鹽,其合成和工業化生產也又不曉得難度,較目前應用較為廣泛的純鎢與氧化鎢、鎢酸鹽、偏鎢酸鹽、各類稀土摻雜鎢酸鹽,以及各類納米級鎢制品材料,根據差異參閱的國內外專利文件,我們可以得知,摻鈮納米氧化鎢的制備方法較為特殊而困難,其特點是將濃度為0.2~0.3mol/L的六氯化鎢溶液4~10份,置于聚四氟乙烯反應釜中,加入二次蒸餾水12~20份,攪拌使其充分溶解;在上述溶液中加入濃度為0.05~0.1mol/L的五氯化鈮乙醇溶液1~10份、攪拌、混合、提純、結晶、再結晶、干燥等連續工藝生產而成。盡管其成本價格較高,但是較之其已經被發現的結構特點和改善鋰電池快速充電問題的優勢,其開發和應用前景值得期待。


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