中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：水合化合物是常見(jiàn)的化合物形式，但如果水分子不是散布而是抱團(tuán)形成了結(jié)構(gòu)，新的物質(zhì)性能就被發(fā)現(xiàn)了。近日，一項(xiàng)新的研究表明，通過(guò)使用含有“結(jié)構(gòu)水”的儲(chǔ)能材料，可以在很大程度上改善現(xiàn)有儲(chǔ)能材料的性能。
儲(chǔ)能研究工作的主要目標(biāo)之一是將電池和電容器的優(yōu)點(diǎn)：高能量密度和高功率進(jìn)行有效結(jié)合。過(guò)渡金屬氧化物的儲(chǔ)能動(dòng)力學(xué)通常受限于固相擴(kuò)散，提高其儲(chǔ)能速率最常用的方法是通過(guò)使用納米結(jié)構(gòu)材料來(lái)減少離子擴(kuò)散的距離。而今，出現(xiàn)了一項(xiàng)新技術(shù)，北卡羅來(lái)納州立大學(xué)（NCSU）的研究人員發(fā)表了一篇名為《在氧化鎢電池中通過(guò)結(jié)構(gòu)水可實(shí)現(xiàn)電池到假電容器的過(guò)渡現(xiàn)象》的論文，發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)添加結(jié)構(gòu)水來(lái)改善層狀過(guò)渡金屬氧化物的儲(chǔ)能速率。這項(xiàng)技術(shù)的基本原理是：?jiǎn)挝惑w積的電池可以儲(chǔ)存更多能量，離子可以更快的在儲(chǔ)能材料中擴(kuò)散、同時(shí)電荷轉(zhuǎn)移也更快。
為了研究這一技術(shù)，研究人員對(duì)氧化鎢晶體（WO3）和水合氧化鎢晶體（WO3?2H2O）（二者材質(zhì)相同，但氧化鎢水合物晶體是具有含水層的層狀材料）的電化學(xué)儲(chǔ)能特性進(jìn)行比較。下圖為低溫高分辨率透射電子顯微鏡下的一片氧化鎢二水合物，由于被結(jié)構(gòu)水層相隔而形成單層的原子“條紋”。
結(jié)果顯示，相比常規(guī)氧化鎢晶體而言，氧化鎢水合物的充電/放電速度顯著提高。常規(guī)氧化鎢晶體材料在充電10分鐘后儲(chǔ)存的能量更多，但在僅充電12秒時(shí)具有結(jié)構(gòu)水的層狀材料的氧化鎢水合物晶體的儲(chǔ)能效果更好，并且在此過(guò)程中，產(chǎn)生的廢熱也較少。此前，氧化鎢僅作為負(fù)極材料應(yīng)用于鋰離子電池，并且尚無(wú)商業(yè)化產(chǎn)品。
NCSU的Veronica Augustyn教授表示，實(shí)驗(yàn)只是第一步，此項(xiàng)新技術(shù)未來(lái)有望實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，尤其可應(yīng)用于大功率儲(chǔ)能裝置，將會(huì)使未來(lái)的電池更薄、電動(dòng)汽車的加速度加快、備用電源容量更大，以及基于可再生能源的電網(wǎng)的儲(chǔ)存速度更快，并因此可以創(chuàng)建更靈活且可靠的可持續(xù)能源電網(wǎng)系統(tǒng)。
