最近，來自中國武漢理工大學的研究人員們發(fā)現(xiàn)了一種新的陽極材料，有望生產(chǎn)出更好的鋰離子和鈉離子電池。

新型納米片組裝的緊湊型CaV4O9微流體在高質量負載下表現(xiàn)出高的面積容量和循環(huán)穩(wěn)定性。

我們需要能量密度越來越高的電池，需要具有更高容量的新型電極材料。最近，科學家報告了一系列新的陽極材料，這些陽極材料超過了商業(yè)化的石墨陽極，包括Si，SnO2，F(xiàn)e2O3等。與石墨相比，這些陽極材料具有更高的初始容量。然而，在充電/放電過程中這些高容量電極的大的體積改變是一個新問題，這將導致快速的容量衰減。以前的工作主要集中在設計納米結構材料以解決大體積變化問題，但納米材料也有局限性，例如低振實密度，這對實際應用是不利的。

該論文的第一作者徐曉明說“已確定的新陽極材料CaV4O9微流體已經(jīng)顯示出非常有前景和令人激動的特性”。

研究人員發(fā)現(xiàn)，當這種電極應用于鋰離子電池時，CaV4O9微流體陽極的可逆重量容量約為700mAhg-1，約為商用石墨的兩倍。當處于4.4mgcm-2的高質量負載時，它可以顯示出~2.5mAhcm-2的高面積容量。更重要的是，它顯示出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。研究人員展示了400次循環(huán)的穩(wěn)定循環(huán)，面積容量超過1.5mAhcm-2。

徐解釋說，“質量負載和面積容量是電極的兩個非常重要的參數(shù)。實際應用需要高質量負載和高面積容量。然而，大多數(shù)之前報道的關于高容量陽極的研究僅在非常低的質量負載水平(<1.0mgcm-2)下提供電化學性能。在這種情況下，獲得的數(shù)據(jù)，如循環(huán)穩(wěn)定性和速率能力看起來非常好，非常有前景，但實際上低質量負荷和低的低面積容量遠遠達不到實際應用水平，我們在具有高面積容量和高質量負載下的結果表明，CaV4O9微流體確實是一種很有前途的新型陽極材料。”

此外，CaV4O9微流體還能夠將Na離子儲存在鈉離子電池中，可逆重量容量為~320mAhg-1。在3.65mgcm-2的高質量負載下，面積容量達到~1.0mAhcm-2。100次循環(huán)后，容量保持率為82%。

CaV4O9的一個重要的特性是體積變化小，研究人員基于非原位TEM和SEM表征證明了這一點。這與大多數(shù)其他高容量陽極不同。即使在高質量負載下也具有小的體積變化的特性也使CaV4O9電極具有良好的穩(wěn)定性。

CaV4O9微流體的另一個優(yōu)點是微米尺寸的致密形態(tài)。與納米材料，尤其是多孔或中空納米材料相比，微米級結構將有效地增加電極的振實密度并在高質量負載下減小電極的厚度，并且納米片組件保持電極的納米效應。這些特點對最終的電化學性能非常有益。

緊湊型微流體的設計還提高了電極的振實密度，而納米效應確保了良好的電化學性能。這種新型的陽極材料表明CaV4O9或其他堿土金屬釩酸鹽是有希望作為Li/Na離子電池陽極。