財(cái)聯(lián)社（上海，編輯 黃君芝）訊，現(xiàn)在，制約電動(dòng)汽車（EV）普及的一大關(guān)鍵因素就是“充電時(shí)間”，根據(jù)充電方式和剩余電量的不同，電動(dòng)汽車可能需要幾個(gè)小時(shí)或一整夜才能充滿電。這迫使司機(jī)要么不能遠(yuǎn)距離出行，要么需要在長(zhǎng)途旅行中及時(shí)找到公共充電站并等待較長(zhǎng)時(shí)間。

為什么電池充滿電需要這么長(zhǎng)的時(shí)間？主要原因是電池設(shè)備及其充電器的設(shè)計(jì)使得鋰電池只能以較慢的受控速率充電。這是一種安全功能，有助于防止火災(zāi)甚至爆炸，因?yàn)殇囯姵貎?nèi)部會(huì)出現(xiàn)微小的、堅(jiān)硬的枝晶結(jié)構(gòu)，當(dāng)快速充電時(shí)會(huì)引發(fā)電池內(nèi)部短路。

為了解決對(duì)更實(shí)用鋰離子電池的需求，來自加州大學(xué)圣地亞哥分校（UC San Diego）的研究人員跟橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）的科學(xué)家合作，對(duì)一種新型材料進(jìn)行中子散射實(shí)驗(yàn)，而這種材料可以用來制造更安全、更快的充電電池。

研究人員制作了鋰釩氧化物（Li3V2O5）的樣品，這是一種類似于食鹽的“無序巖鹽”，但其原子排列具有一定程度的隨機(jī)性。樣品被放置在一個(gè)強(qiáng)大的中子束中，該中子束能夠在施加電壓后觀察材料內(nèi)部離子的活動(dòng)。該研究成果已于近期被發(fā)表在了知名科學(xué)期刊《自然》（Nature）雜志上。

這項(xiàng)研究的論文第一作者Haodong Liu表示，“兩種最常用的鋰離子電池陽極材料，一是石墨，它可以提供高能量密度，但在某些情況下會(huì)引發(fā)火災(zāi)，二是鈦酸鋰，它可以快速充電，不太可能引發(fā)火災(zāi)，但儲(chǔ)能容量較低。”

“我們開發(fā)的無序巖鹽材料結(jié)合了兩種追求特性——它更安全、充電更快，并且具有更高的能量密度。”他補(bǔ)充說。

據(jù)稱，這種材料在諸如電動(dòng)汽車以及其他電動(dòng)工具等許多電池應(yīng)用中表現(xiàn)出了理想的性能，例如能量存儲(chǔ)和放電速度。

在測(cè)試中，巖鹽陽極材料能夠在短短20秒內(nèi)提供超過40%的能量容量。快速充放電之所以成為可能，是因?yàn)閹r鹽材料可以在其晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)的空穴中循環(huán)兩個(gè)鋰離子。

“ORNL使用的中子衍射技術(shù)使我們能夠理解當(dāng)我們對(duì)材料施加電壓時(shí)離子的行為，”Liu說：“中子可以很容易地跟蹤巖鹽陽極內(nèi)的鋰離子和氧原子，使用ORNL散裂中子源（SNS）的VULCAN儀器提供了我們所需的高中子通量和分辨率。”

VULCAN是為中子研究變形、相變、殘余應(yīng)力、織構(gòu)和工程材料的微觀結(jié)構(gòu)而設(shè)計(jì)。裝載框架、熔爐、電池循環(huán)器和其他用于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、穩(wěn)態(tài)或時(shí)間解析測(cè)量的輔助設(shè)備都跟該儀器集成在一起。

“VULCAN是世界上研究工程材料的頂級(jí)中子散射儀器，”ORNL的中子散射科學(xué)家Ke An說，“它的開放式設(shè)計(jì)允許測(cè)試大樣本，甚至是正常運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械設(shè)備，如運(yùn)行中的內(nèi)燃機(jī)，并觀察它們的內(nèi)部特性。該儀器為電池材料合成過程中的儲(chǔ)能研究及其在工作電池中的行為提供了重要的科學(xué)信息。”

研究人員表示，巖鹽陽極可以循環(huán)超過10000次，容量衰減可以忽略不計(jì)。這種持久性對(duì)于消費(fèi)者應(yīng)用程序很重要。加州大學(xué)圣地亞哥分校保留了其對(duì)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的任何知識(shí)產(chǎn)權(quán)的權(quán)利。

為了將他們的發(fā)現(xiàn)商業(yè)化，該大學(xué)隨后跟其研究人員合作成立了一家名為Tyfast的公司，該公司計(jì)劃首先瞄準(zhǔn)電動(dòng)公交車和電動(dòng)工具市場(chǎng)。