对下一代电池的研究涉及对替代材料的持续测试，这些替代材料可能会带来显著的性能改善，而一项新的突破为这种可能的发展提供了一个惊人的例子。来自荷兰特文特大学的科学家们近日制造出了一种实验性锂离子电池，它的特点是具有开放和规则晶体结构的新型电极设计，他们称这可以让充电速度达到今天设备的10倍。
我们知道，为今天的电动汽车、智能手机和无数其他设备供电的锂离子电池有两个电极，即阴极和阳极，而这项新研究的重点是后者。目前这些阳极都是石墨材质的，在很多方面都有不错的效果，但是不能适应超快的充电速度而不失效。
为此，科学家们正在寻找新的和改进的阳极，其中一种是具有纳米多孔结构的材料。具有这种性质的阳极有望与运输锂离子的液体电解质有更大的接触面积，同时会使离子更容易扩散到固体电极材料中，最终使设备的充电速度快很多。
然而，迄今为止提出的材料也有一些缺点。多孔纳米结构中通道的无序和随机性会导致这些结构在充电过程中坍塌，同时还会降低电池的密度和容量并导致锂在负极表面的积累，从而降低其在每次循环中的性能。此外，这些材料的制造非常复杂，涉及苛刻的化学物质，并产生大量的化学废物。
特温特大学的科学家认为，他们已经在一种名为铌酸镍的材料中找到了合适的替代品。不同于以往溶液的不规则性质，铌酸镍具有开放规则的晶体结构，具有相同且重复的离子传输通道。
研究人员将这种铌酸镍阳极集成到一个完整的电池单元中，并测试其性能。结果发现，它提供了比今天的锂离子电池快9倍的超快充电速率。他们还指出，铌酸镍比石墨更致密，因此具有更高的体积能量密度，这可能相当于更轻、更紧凑的商用版电池。
科学家们还报告说，这种新的阳极材料具有非常高的容量，约为244 mAhg-1，在20000次循环中保留了81%的容量，因为铌酸镍在工作过程中的体积变化很小。这一切都是在不损坏阳极材料的情况下发生的，据说铌酸镍的制造工艺比其他纳米结构材料简单得多，不需要洁净室进行组装。
研究人员称，这些结果证明了铌酸镍阳极在实际电池设备中的储能潜力。他们认为，在电网应用中，它具有为需要快速充电的电动机械提供电力或运输重型电动汽车的直接潜力。然而，他们也表示，还需要进一步的研究和解决方案，才能看到它们适用于标准的电动汽车。
