中國儲能網訊：一種新的制造納米結構材料的化學方法能幫助提高電動汽車一次充電行駛的里程及其可靠性，并制造出更好的能幫助穩(wěn)定電網的電池。
位于華盛頓州里奇蘭的西北太平洋國家實驗室（Pacific Northwest National Laboratory，PNNL）的研究人員開發(fā)了一種技術，能將無法正常儲存電力的電位電極材料，轉換成能比市場上現(xiàn)有的類似電池材料儲存更多能量。
服務能源：當用一種新工藝培育磷酸錳鋰時，形成了一種微小的盤。這些盤能傳導電荷和鋰離子，使其變成一種能儲存電力的有用材料。來源：崔代榮（音譯）/ 西北太平洋國家實驗室
在刊于《納米快報》（Nano Letters）的文章中，西北太平洋國家實驗室的研究人員展示了固體石蠟和油酸有利于磷酸錳鋰層狀納米結構的生長。這些“納米盤”又小又薄，使得電子和離子（帶有正電或負電的原子或分子）更易出入。這使得該材料——通常并不作為電池材料，因為它導電性差——變?yōu)閮Υ娲罅侩娏Φ牟牧稀?
當研究人員測試該材料的性能時，他們發(fā)現(xiàn)它儲存的能量比類似的商業(yè)電極材料——磷酸鐵鋰的理論最大能量容量多10%，磷酸鐵鋰用于電力工具及一些電動和混合動力車。
這種方法將開啟一扇大門，使得一系列目前傳送電和鋰離子能力有限的材料也能用作候選電池材料。西北太平洋國家實驗室的能源材料研究員崔代榮說，這一領域的研究人員發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)尚待研究的電池材料導電性不佳。這種新方法提供了一種提高導電性的簡便方法。他說該方法還能與傳統(tǒng)的電池制造技術相兼容。
磷酸鐵鋰和磷酸錳鋰都是很有吸引力的電池電極材料，因為它們有穩(wěn)定的原子結構。這種晶體結構——叫做橄欖石——比筆記本電腦和手機電池電極材料的晶體結構穩(wěn)定得多。因此，橄欖石材料的壽命遠比通常手機電池材料的3年時間長得多。有些制造商聲稱磷酸鐵鋰電池能經歷30000次完全充、放電的循環(huán)，而不會有很大的儲能容量損失——足以使電池維持50年，崔說。
理論上，磷酸錳鋰能維持的循環(huán)次數(shù)與此相當，因為它們有相似的晶體結構。但磷酸錳鋰多了一個優(yōu)勢，即，擁有比磷酸鐵鋰多儲存20%能量的潛力，因為它的工作電壓更高。然而，很難調整磷酸錳鋰，克服它是電絕緣體的事實。
之前的嘗試需要在制造固體電池材料前，在液體溶液中處理前體物——這個過程太昂貴，不適于商業(yè)生產。西北太平洋國家實驗室的新方法去除了這個獨立的液體處理步驟，簡化了工藝，使其能與現(xiàn)有的生產技術相兼容。
為了準備這種材料，研究人員把化學前體物和固體石蠟及油酸混合。石蠟和油酸共同作用，使前體物材料形成尺寸和形狀易控制的結晶體，而沒有聚塊。石蠟在過去經常處理材料的高溫下溶解，并作為溶劑取代了早期研究中應用的獨立的液體工藝步驟。
到目前為止，該材料的充電效率很低（盡管它提供電力的速度足以適用于許多應用）。崔表示下一步是研發(fā)一個更好的為納米盤涂上碳的工藝，這樣能提高導電性。
盡管磷酸錳鋰比磷酸鐵鋰更吸引人，因為它能儲存更多的能量，但相比其他類型的鋰離子電池的電極，兩者占據(jù)了相對較大的市場。達爾豪西大學的物理和化學教授杰夫?丹（Jeff Dahn）表示，這一特性也許使得它們最終更適用于固定設備——如儲存來自電網的電力以消除可再生能源的不穩(wěn)定性——而不適用于電動汽車。
