五氧化二鈮（Niobium Pentoxide）原子的重排（來自：Argonne）

研究人員們看到了當前鋰電池設計中的致命弱電，因而決定著手改良。據悉，隨著充放電循環的進行，鋰離子會在兩極之間發生移動、但只能達到一定的速度。

研究配圖 1 - 制備的 NCNO 表征

(資料圖片僅供參考)

在更快的充電速度下，鋰金屬會堆積在石墨陽極的表面 —— 不僅損害電池的性能，還可能導致短路、過熱、甚至起火。

研究配圖 2 - 電化學循環中的電壓曲線和微分容量

為了消除被稱作“鋰電鍍”（lithium plating）的這一障礙，該團隊想到了借助五氧化二鈮、以提升電池的充電速度。

研究配圖 3 - 電化學循環不同階段的 SAED 和高分辨率 TEM 圖像

據悉，五氧化二鈮中的原子，可以很輕松地排列成諸多穩定的構型。巧的是，科學家們偶然發現了一種相當便捷的途徑。

研究配圖 4 - RS-五氧化二鈮中的 Nb 氧化態表征

作為紐扣電池的陽極，五氧化二鈮從一開始就具有凌亂、無序的原子排列。但在經歷了多次充放電后，這些原子又會自行排列成有序的晶體結構。

研究配圖 5 - 樣品的電化學性能與計算出的遷移勢壘

科學家們將這種前所未見的納米結構稱作“立方巖鹽”框架（cubic rock-salt framework），它可在電池充電時更容易地將鋰離子傳輸到陽極。

研究配圖 6 - 樣品的電導率表征

實驗表明，新方案可在高速充電時具有“極好的”循環穩定性。電池在 200 mAg?1 的 400 次循環后，仍具有 225 mAg?1 的容量 —— 昆侖效率高達 99.93% 。

（來自：Nature Materials）

展望未來，科學家們希望借助這套方法來開發其它創新的電池材料、甚至是用于半導體等其它領域的獨立材料。