在當前工作中使用的鈮鎢氧化物具有剛性的開放結(jié)構(gòu)。原子排列很復雜，但格里菲斯認為結(jié)構(gòu)復雜性和混合金屬成分是材料具有獨特傳輸性能的原因。“許多電池材料都基于相同的兩個或三個晶體結(jié)構(gòu)，但這些鈮鎢氧化物根本不同，”格里菲斯說。氧化物通過氧氣的“支柱”保持打開，這使得鋰離子能夠以三維方式穿過它們。“氧氣柱或剪切平面使這些材料比其他電池化合物更加堅硬，因此，加上它們的開放結(jié)構(gòu)意味著更多的鋰離子可以穿過它們，而且速度更快。”

 

研究人員使用一種稱為脈沖場梯度（PFG）核磁共振（NMR）光譜的技術(shù)，該技術(shù)不易應用于電池電極材料，研究人員測量了鋰離子通過氧化物的運動，發(fā)現(xiàn)它們以幾個數(shù)量級的速率移動比典型的電極材料高。目前鋰離子電池中的大多數(shù)負極都是由石墨制成，具有高能量密度，但是當高速充電時，這會產(chǎn)生短路并導致電池起火并可能爆炸。格雷說：“在高利率的應用中，安全性比其他任何操作環(huán)境都要重要。” “對于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(guān)注。”鈮鎢氧化物易于制造。“許多納米粒子結(jié)構(gòu)需要多個步驟來合成，而你最終只需要少量材料，因此可擴展性是一個真正的問題，”格里菲斯說。“但這些氧化物很容易制造，不需要額外的化學品或溶劑。”

 

盡管氧化物具有優(yōu)異的鋰傳輸速率，但它們確實導致比一些電極材料更低的電池電壓。然而，工作電壓有利于安全，并且高鋰傳輸速率意味著當快速循環(huán)時，這些材料的實際（可用）能量密度仍然很高。雖然氧化物可能只適用于某些應用，但Gray說重要的是繼續(xù)尋找新的化學品和新材料。“如果你不繼續(xù)尋找新的化合物，菲爾茲就會停滯不前，”她說。“這些有趣的材料使我們能夠很好地了解我們?nèi)绾卧O(shè)計更高速率的電極材料。”