科學家開發出可保持體積不變的電極材料 或用于電動汽車固態電池

固態電池，即電解質由固體而不是液體材料組成的電池在未來的能源儲存應用中具有巨大的潛力，但一直被影響其壽命的穩定性問題所困擾。一個新的設計指出了這個問題的新解決方案，該團隊開發了一種新型電極材料，在整個充電過程中保持其體積，使電池能夠承受數百次循環。

用固態電池替代現在的鋰離子電池來驅動電動汽車或智能手機好處很多，使用時間長，充電時間短，然而，它們的穩定性問題與充電期間鋰離子進出電池電極的運動有關，這導致它們膨脹和收縮，最終改變了設備的化學性質，隨著時間的推移容量下降明顯且壽命較短。

一個國際科學家團隊為這些電池設計了一種新的電極，據稱可以提供前所未有的穩定性。該材料由鈦酸鋰和二氧化釩鋰構成，被研磨成納米級的顆粒。作為電池電極，這種材料可以提供高容量，并使鋰離子在充電和放電過程中可逆地加入和提取。

這帶來了一種在運行期間可以保持電池充放電容量不退化的電極材料，科學家們將其歸結為一種微妙的平衡行為，當鋰離子退出時，釩離子從其原來的位置遷移以填補這些空位。

領導這項研究的日本橫濱國立大學的Naoaki Yabuuchi教授說："當收縮和膨脹得到很好的平衡時，在電池充電或放電時，即在循環過程中，尺寸穩定性得以保留。預計通過進一步優化電解質的化學成分，可以開發出一種真正的尺寸不變的材料--一種在電化學循環中保持其體積的材料"。

這種新型電極材料在固態電池單元中進行了測試，其表現令人印象深刻，具有300mAh/g的高容量，也許最重要的是，在400次充放電循環中完全沒有退化。

研究報告的作者Neeraj Sharma副教授說："在400次循環中沒有容量衰減，這清楚地表明，與那些報告的帶有分層材料的傳統全固態電池相比，這種材料的性能更優越。"

該團隊計劃繼續完善該電解質，以催生服務于電動汽車所需的各種電池，并使其具有更高的安全性和壽命。這可能意味著不僅僅是我們今天看到的電動車，而是幫助迎來一個新的時代，在這個時代里，電動車的充電速度更快，行駛的距離更遠。

Yabuuchi說："這一發現可以大幅降低電池成本。實用的高性能固態電池的發展也可以導致先進電動汽車的發展。例如，在未來，可能有可能在短短五分鐘內為電動汽車完全充電"。

這項研究發表在《自然材料》雜志上。

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