这项技术的基本原理是:单位体积的电池可以储存更多能量,离子可以更快的在储能材料中扩散、同时电荷转移也更快。
为了研究这一技术,研究人员对氧化钨晶体(WO3)和水合氧化钨晶体(WO3•2H2O)(二者材质相同,但氧化钨水合物晶体是具有含水层的层状材料)的电化学储能特性进行比较。下图为低温高分辨率透射电子显微镜下的一片氧化钨二水合物,由于被结构水层相隔而形成单层的原子“条纹”。
结果显示,相比常规氧化钨晶体而言,氧化钨水合物的充电/放电速度显著提高。常规氧化钨晶体材料在充电10分钟后储存的能量更多,但在仅充电12秒时具有结构水的层状材料的氧化钨水合物晶体的储能效果更好,并且在此过程中,产生的废热也较少。此前,氧化钨仅作为负极材料应用于锂离子电池,并且尚无商业化产品。
NCSU的Veronica Augustyn教授表示,实验只是第一步,此项新技术未来有望实现商业化应用,尤其可应用于大功率储能装置,将会使未来的电池更薄、电动汽车的加速度加快、备用电源容量更大,以及基于可再生能源的电网的储存速度更快,并因此可以创建更灵活且可靠的可持续能源电网系统。
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