随着智能产品的普及与成熟发展，消费者胃口也越来越大，快速充电功能已然成为智能产品的重要卖点。近期英国剑桥大学则透过全新的电极材料，进一步提高锂离子在电极的移动速度，未来有望成功研发出快充锂电池。
锂电池主要由正极、负极与电解质构成，锂离子透过电解质在电极两端游移，当我们为电池充电时，锂离子会从正极中离开，并穿过晶体结构与电解质移动到负极储存，只要提高这一过程的速度，电池充电的速度就能加快。
目前的负极多是由石墨组成，虽然材料具有高能量密度，但如果以石墨材料发展快充技术，电极与电解质的交界就容易产生锂晶枝，导致电池效能下降，甚至会因晶枝刺破隔离膜，造成电池内部短路起火进而爆炸。
因此为解决当前难题，英国剑桥大学不停在寻找替代材料，想要开发出更安全的快充电池。
通常在寻找新电极材料时，研究员都会尝试让材料粒子变小。英国剑桥大学化学系教授 Kent Griffith 表示，如果可以缩短锂离子移动距离，倍率效能（rate performance）确实会更高，但要制造出含有奈米粒子又可用的电池真的很难，这类电池的电解质会产生许多零碎的化学反应、缩短电池的寿命。
奈米粒子制造成本不仅高，在电池应用上也具有挑战性，剑桥大学化学系教授 Clare Grey 也补充，奈米粒子性质满蓬松（fluffy）的，很难去把它们紧密包覆，但这一步骤可说是电池体积能量密度关键部分，对电池容量相当重要。
寻觅成功材料的路途相当漫长，所幸现在剑桥团队找到铌钨氧化物（niobium tungsten oxides），该材料具有刚性、开放性结构与复杂的原子排列，是个以往研究很少接触到的氧化物。
目前许多电池材料都是由两到三个晶体结构组成，但铌钨氧化物结构则截然不同。Griffith 表示，氧化物除了能利用氧气的支柱（pillars）让锂离子以 3D 形式穿梭，氧气柱也可以让材料比一般电池化合物更加坚硬，再加上材料本身的开放性结构，可让更多锂离子穿过材料，离子移动速度也会进一步加快。
为了证明材料确实有效，研究还透过脉冲磁场梯度（Pulsed field gradient，PFG）核磁共振技术技术来测量锂离子游移的速度，并发现与一般电极材料相比，采用铌钨氧化物后锂离子移动速度快好几倍。
除此之外，铌钨氧化物还具有一大优势：制造方式相当简单。不像奈米粒子需要多项步骤、最后仅得出少少的材料，铌钨氧化物不需要额外的化学品或是溶剂就可制成。
只是该材料也不是毫无缺点，虽然铌钨氧化物电极具有优异的锂传输速度，但这也让电池电压会比一般的还要低。不过这也同时保证电池的安全性与寿命，锂离子流动速度快也代表着铌钨氧化物为高能量密度材料，应用潜力依然很高。
未来团队还是会持续开发新材料，Gray 表示，假如不继续寻求新的可能性，这项技术就会停滞不前，且这些有趣的材料也能让团队更了解如何设计高效电极材料。目前研究已发表在《Nature》。
- New class of materials could be used to make batteries that charge faster
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