在 2022 年 5 月 2 日發表於《自然材料》期刊上的一篇文章中，博伊西州立大學（Boise State University）與加州大學聖迭戈分校（UCSD）的科學家們，展示了一種新穎且獨特的電極材料。通過一種非同尋常的形成方式，它能夠促進鋰電池更快地充電 —— 在充電過程中運用原子的最佳配置，從而更順暢地傳輸鋰離子。
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，因而決定着手改良。據悉，隨着充放電循環的進行，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 – 製備的 NCNO 表徵
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，該團隊想到了藉助五氧化二鈮、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，可以很輕鬆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 氧化態表徵
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“立方岩鹽”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 – 樣品的電導率表徵
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 —— 崑崙效率高達 99.93% 。
（來自：Nature Materials）
展望未來，科學家們希望藉助這套方法來開發其它創新的電池材料、甚至是用於半導體等其它領域的獨立材料。