電池主要由三個部件組成: 正極, 負極和電解質. 當電池充電時, 鋰離子從正電極中流出並通過晶體結構和電解質到達負極, 在那裡它們被存儲. 此過程發生得越快, 電池充電的速度就越快.
在尋找新電極材料時, 研究人員通常嘗試使顆粒變得更小, 但製造含有納米粒子的實用電池很困難: 電解液會產生更多不必要的化學反應, 因此電池的使用壽命不長, 而且製造成本也很高. 最新研究中使用的鈮鎢氧化物具有堅硬而開的放結構, 其不捕獲插入的鋰, 並且粒子的大小比許多其他電極材料更大.
研究第一作者, 劍橋大學化學系博士後研究員肯特·格裡菲斯解釋說: '許多電池材料都基於相同的兩個或三個晶體結構, 但這些鈮鎢氧化物根本不同. 氧化物通過氧氣 '支柱' 保持開啟, 使鋰離子能以三維方式穿過它們, 這意味著更多鋰離子可穿過它們, 且速度更快. 測量結果也顯示, 鋰離子通過氧化物的速度, 以比在典型電極材料高几個數量級. '
除了高鋰遷移率外, 鈮鎢氧化物也易於製造. 格裡菲斯說: '許多納米粒子結構需要多個步驟來合成, 但這些氧化物很容易製造, 不需要額外的化學品或溶劑. '
目前鋰離子電池中的大多數負極都由石墨製成, 石墨具有高能量密度, 但當以高倍率充電時, 往往會形成被稱為 '枝晶' 的細長鋰金屬纖維, 這會造成短路並導致電池著火, 甚至發生爆炸.
格裡菲斯說: '在高倍率應用中, 安全性比其他任何操作環境都要重要. 對於需要更安全的石墨替代品的快速充電應用而言, 這些材料以及其他類似材料, 絕對值得關注. '