美国能源部橡树岭国家实验室（Oak Ridge National Laboratory）和田纳西大学诺克斯维尔分校的研究人员，发现了快速充电锂离子电池所需的关键材料。与商业相关的方法为提高电动汽车的充电速度开辟了一条潜在的途径。

锂离子电池（LIB）在国家清洁能源技术组合中发挥着至关重要的作用。大多数混合动力和全电动汽车使用LIB。这些可充电锂离子电池（LIB）在可靠性和效率方面具有优势，因为锂离子电池（LIB）可以存储更多的能量，充电更快，持续时间更长。

然而锂离子电池（LIB）技术仍在发展中，需要取得根本性进展才能满足优先事项，以改善电动汽车电池的成本，续航里程和充电时间。

“锂离子电池（LIB）克服这些挑战，将需要在更高效的材料和可扩展到工业的合成方法方面取得进步。” ORNL企业研究员和通讯作者Sheng Dai说。

发表在《先进能源材料》杂志上的结果表明，通过使用可扩展的合成方法，可以实现一种新型的快速充电电池负极材料。该团队发现了一种新型的钼钨铌酸盐化合物（MWNO），具有快速的可充电性和高效率，有可能取代商用电池中的石墨。

几十年来，石墨一直是制造LIB阳极的最佳材料。在基本的电池设计中，两个固体电极 - 正阴极和负阳极 - 通过电解质溶液和隔膜连接。

在锂离子电池（LIB）中，锂离子在阴极和阳极之间来回移动，以存储和释放为设备供电的能量。石墨阳极面临的一个挑战是电解质在充电过程中分解并在阳极表面形成积聚物。这种积聚会减慢锂离子的运动，并可能限制电池的稳定性和性能。

“由于这种缓慢的锂离子运动，石墨阳极被视为极端快速充电的障碍。我们正在寻找能够优于石墨的新型低成本材料。我们的方法侧重于非石墨材料，但这些材料也有局限性。一些最有前途的材料 - 铌基氧化物 - 具有复杂的合成方法，不适合工业.“ORNL博士后研究员兼第一作者陶润明说。

据 Aodok.com 了解，美国能源部对电动汽车的极速充电目标，设定为15分钟或更短时间，以与汽油动力车辆的加油时间竞争，这是石墨尚未达到的里程碑。

常规合成的铌氧化物（如MWNO）是一种在明火下的能量密集型过程，也会产生有毒废物。一种实用的替代方案可能会推动MWNO材料成为先进电池的重要候选者。研究人员转向了成熟的溶胶 - 凝胶工艺，该工艺以安全性和简单性而闻名。

与传统的高温合成不同，溶胶-凝胶工艺是一种将液体溶液转化为固体或凝胶材料的低温化学方法，通常用于制造玻璃和陶瓷。

该团队将离子液体和金属盐的混合物转化为多孔凝胶，并用热处理以增强材料的最终性能。低能耗策略还使用作MWNO模板的离子液体溶剂能够被回收和再循环。

这种材料在比石墨更高的电压下工作，并且不容易形成所谓的'钝化固体电解质层，从而减缓充电过程中的锂离子运动。其卓越的容量和快速充电速率，结合可扩展的合成方法，使其成为未来电池材料的有吸引力的候选者。

该材料成功的关键是纳米多孔结构，可提供增强的导电性。结果对锂离子和电子的运动具有较小的阻力，从而实现快速充电。

该研究为竞争性MWNO材料实现了可扩展的合成方法，并为各种储能设备电极材料的未来设计提供了基本见解。

该期刊文章发表为“对小说Mo的快速可充电性的见解”1.5W1.5铌14O44用于高性能锂离子电池的负极材料。

这项工作得到了美国能源部科学办公室的支持，并使用了散裂中子源的资源，这是ORNL的美国能源部科学办公室用户设施。

UT-Battelle为美国能源部科学办公室管理 ORNL，该办公室是美国物理科学基础研究的最大支持者。科学办公室正在努力解决我们这个时代一些最紧迫的挑战。

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