研究快訊，通往快速穩定電池的含水納米結構

科學家們通過將陽極材料加熱到較低的溫度（低於260°C），移除了在材料表面的水而保留了材料內部的水，這一過程加強了陽極的特性。

來源：《自然通訊》及研究學者、Argonne國家實驗室

一個國際科學家團隊包括美國能源部(DOE)阿貢國家實驗室的幾位研究人員共同發現一種在經過數千次循環充放電後，仍保持快速充電和穩定性工作的一種電池陽極材料。

經過過去幾十年的發展，通過在應用於混合動力和全電動汽車，以及用於建築物和電網的固定能量儲存的鋰電池電極材料的廣泛研究，在Argonne實驗室的電池科學家綜合研究團隊幫忙舉行了能源儲存競賽。

Argonne實驗室最近對鋰離子電池的創新新材料的貢獻之一是與北京清華大學和麻省理工學院的研究人員合作開發的是一種含水化合物，「鈦酸鋰水合物」。這種材料在最近的一篇《自然通訊》文章中發表，它可以取代鋰離子電池中常用的石墨陽極。

Argonne實驗室電池科學家及合作作者陸軍解釋說，過去的研究已經確定鈦酸鋰是一種有潛力的陽極材料，因為它具有快速充電和長周期壽命的潛力，而且與石墨相比，它更安全。

在合成這種材料的過程中，研究人員使用了一種水基的過程，該過程包括最後一步將陽極材料加熱到非常高溫(超過500攝氏度)，從而完全把水完全排除出去。這一過程是需要的，因為在使用這種材料的電池操作過程中，水會與電解液發生反應並降低性能。

Argonne的傑出同事Khalil Amine也參加了這個研究，他們注意到將材料加熱到如此高的溫度材料不出現粗化和結晶的過程了。這個國際的研究團隊發現將電池材料加熱到一個較低的溫度（低於260°C）他們可以移除材料表面的水並保持材料內部的水，從而避免了材料結構的粗化和結晶過程。當科學家在實驗室測試這些材料的時候，他們發現材料的循環穩定性提高了並且容量只有在循環達到10000次的時候才發生了下降。他們團隊也發現這種材料的充電速度也非常快，不到兩分鐘。正如陸軍所指出的，「大多數時候，水對非水鋰離子電池是有害的。但在這種情況下，它可能是非常好的。」

研究小組通過使用各種先進的表徵技術來追蹤材料的組成和結構是如何變化的，包括擁有先進光子源的x射線衍射，這是位於Argonne實驗室的科學用戶設施實驗室所持有的設備。在分析組合特徵數據時，研究小組報告說，在陽極材料中被困的水通過促進結構的多樣性和形成納米結構改善了性能。上面的視頻展示了組成和結構的變化，因為原始材料被加熱，所以水被排出，形成一個新的分層結構(LS)，然後形成渴望的水化納米結構，最後超過我們的需要成為完全脫水結構材料。

展望未來，Jun Lu觀察到，由於水在自然界中無處不在，在化學合成中普遍存在，因此在這項研究中提出的製造方法可能為其他高性能電極材料的發現打開了大門。

原文來自phys，原文題目：The wet road to fast and stable batteries，由材料科技在線匯總整理。

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