德國卡爾斯魯厄理工學院(KIT)和中國吉林大學的研究人員研究了一種很有前景的陽極材料，可用于未來的高性能電池-具有鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的鈦酸鋰鑭(LLTO)。正如該團隊在《自然通訊》雜志上報道的那樣，LLTO可以提高電池的能量密度，功率密度，充電速率，安全性和循環(huán)壽命，而無需將粒徑從微米級減小到納米級。

 

　　 對電動汽車的需求正在增長，與此同時，對確保可持續(xù)能源供應的智能電網(wǎng)的需求也在不斷增長。這些以及其他移動和固定技術(shù)都需要合適的電池。在盡可能最小的空間中以最小的重量存儲盡可能多的能量—鋰離子電池(LIB)仍能最好地滿足這一要求。該研究旨在提高能量密度這些電池的功率密度，安全性和循環(huán)壽命。電極材料在這里至關(guān)重要。鋰離子電池的陽極由集電器和應用于其的活性材料組成，該活性材料以化學鍵的形式存儲能量。在大多數(shù)情況下，石墨被用作活性材料。但是，由石墨制成的負極的充電率低。而且，它們與安全問題有關(guān)。在替代活性材料中，鈦酸鋰氧化物(LTO)已經(jīng)商業(yè)化。具有LTO的負極具有更高的充電速率，并且被認為比石墨制成的電極更安全。缺點是帶有鈦酸鋰氧化物的鋰離子電池往往具有較低的能量密度。

 

　　 KIT儲能系統(tǒng)應用材料研究所(IAM-ESS)負責人Helmut Ehrenberg教授周圍的團隊現(xiàn)在研究了另一種很有前景的陽極材料：具有鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的鈦酸鋰鑭(LLTO)。根據(jù)與長春吉林大學(中國)以及中國和新加坡其他研究機構(gòu)的科學家合作進行的研究，與商業(yè)化的LTO陽極相比，LLTO陽極具有較低的電極電勢，從而可提供更高的電池電壓和更高的容量。“電池電壓和存儲容量最終決定了能量Ehrenberg解釋說：“將來，LLTO陽極可能會用于構(gòu)建具有較長循環(huán)壽命的安全性高的高性能電池。”該研究為電化學存儲研究平臺CELEST(電化學儲能中心(Ulm和Karlsruhe)，是全球最大的電池研究平臺之一，其中還包括POLiS卓越集群。

 

　　 除了能量密度，功率密度，安全性和循環(huán)壽命外，充電速率是決定電池是否適合苛刻應用的另一個決定性因素。原則上，最大放電電流和最小充電時間取決于固體內(nèi)以及電極與電解質(zhì)材料之間的界面處的離子和電子傳輸。為了提高充電速率，通常的做法是將電極材料的粒徑從微米級減小到納米級。

 

　　 這項研究由KIT研究人員及其合作伙伴發(fā)表在《自然通訊》雜志上，該研究表明，即使是鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的LLTO中，甚至幾微米大小的顆粒也具有更高的功率密度。和比LTO納米粒子更好的充電速率。研究團隊將其歸因于所謂的LLTO偽電容：不僅單個電子附著到該陽極材料上，而且還附著有帶電離子，這些離子被弱力束縛并可以可逆地將電荷轉(zhuǎn)移到陽極上。“由于顆粒更大，LLTO基本上可以實現(xiàn)更簡單且更具成本效益的電極制造工藝，” Ehrenberg解釋說。