不起眼的铌(Nb)可增强电极化学性能,具备增加电池容量和在极端温度下进行快速充电的潜在优势。
目前研究证明,过渡金属铌(Nb)可以改善钛酸锂(LTO)阳极的性能。LTO阳极是多得眼花缭乱的锂离子电池电极化学形式中的一种,也是产量第二高的阳极,仅次于石墨阳极。在锂电池的充电过程中,锂离子离开正向阴极,穿过电池的电解质,占据阳极中能量更高的位置。而放电过程正好相反,电子受到驱动,通过外部电路为负载供电。
最理想的状态下,阳极的表面积要足够大才能嵌入大量锂离子,提高储能容量。其次,阳极要采用开放式结构,这种结构几乎不会对离子运动产生阻力,从而使电池在不过度发热的情况下进行快速充放电。笔记本电脑的电池经常发热就这种“阻力”存在造成的。电池的充放电就像客机的载客和卸客。将整个客机塞满座位的确可以实现最大容量,但是这样“阻力”(坐到你的座位的难度)就会非常大。因此,通过牺牲部分座位的方式提供一条以上的通道,可以加快乘客移动的速度。
这些专业知识非常复杂,非专业人士几乎很难有兴趣了解。然而,为了提高“点击量”,大量企业和大学实验室不断在科技网站上报告“突破性”的研究成果。这些宣传方式让人以为期待已久的“超级电池”马上就能上市了。但当你仔细阅读这些报告时,会发现大多数是一些小改进,比如发现了一种用于电解质的新型阻燃剂,或者发现了使用细碎石墨增强电极导电性的方法。虽然渐进性的改进也很重要,但革命性的新技术几乎没有。
不同类型的权衡
保持“适当”热情
那么,铌电池又如何呢?自2008年以来,日本东芝公司一直致力于营销其钛酸锂(LTO)电池。与此同时,对开放式结构阳极的研究在许多地区仍在继续。研究发现,钛铌氧化物(NTO)结构的理论容量(mAh/cm3)是LTO的三倍,因此NTO成为了LTO在电动汽车市场潜在的竞争对手。据称,NTO电池在经过5000次充放电循环后,容量仍能保持在初始容量的90%,而且,在低至14华氏度(-10摄氏度)的温度下,仍能保持与LTO相同的快速充电能力。
位于巴西Araxa的巴西矿冶公司CBMM是铌铁(少量铌铁可用作高强度低合金(HSLA)钢的晶粒细化剂)和氧化铌的主要供应商。2021年9月24日,CBMM与东芝和一家日本贸易公司双日株式会社签署了协议,目的是在保留其前身钛酸锂(LTO)电池的快速充电性能和极长寿命的前提下,开发出一种具备更高比能的钛铌氧化物(NTO)阳极锂离子电池。