近年来,随着自然界中能源资源的不断枯竭、环境污染恶化程度的不断加剧,新能源锂离子电池引起了社会各界的广泛关注。锂电池虽然具有电压高、体积小、质量轻、无记忆效应、无污染、自放电小等优点,但是能量密度较低及生产原材料较为短缺,如钴元素,钴资源主要集中在刚果。目前,科学家已经研究出了使用介孔氧化钨作电极材料,不仅能提高电池的能量密度和功率密度,而且可降低电池对钴元素的依赖。
曹林洪教授与中物院周秀文、刘旭东副研究员合作从材料的微纳米结构设计出发,通过简单的水热法制备出了具有介孔的自组装的六方氧化钨。六方氧化钨具有骨架结构、离子通道和质子通道,介孔中的大通道及其晶格中的小通道。
电解液能够渗透到材料的内部管道,有助于锂离子可以从材料外表面和管道内表面向管壁扩散,从而显著减小了锂离子的扩散距离和扩散阻力,提高了材料的孔隙利用率。此外,介孔能够储存离子源和电解液,并贡献了有效的锂离子扩散通道,晶格通道提供了足够的反应接触面积,也使得离子的扩散距离大幅缩短,介孔提高了机械稳定性,因此材料电化学性能得到有效提升。
氧化钨是钨的一种氧化物。美国地质调查局的数据显示,全球钨资源储量约330万吨,中国钨资源储量最多,为190万吨,约占全球总量的58%。因此,采用钨的化合物作电极材料能够缓解钴资源短缺的问题。