中國儲能網(wǎng)訊：水合化合物是常見的化合物形式，但如果水分子不是散布而是抱團形成了結構，新的物質性能就被發(fā)現(xiàn)了。近日，一項新的研究表明，通過使用含有“結構水”的儲能材料，可以在很大程度上改善現(xiàn)有儲能材料的性能。
儲能研究工作的主要目標之一是將電池和電容器的優(yōu)點：高能量密度和高功率進行有效結合。過渡金屬氧化物的儲能動力學通常受限于固相擴散，提高其儲能速率最常用的方法是通過使用納米結構材料來減少離子擴散的距離。而今，出現(xiàn)了一項新技術，北卡羅來納州立大學（NCSU）的研究人員發(fā)表了一篇名為《在氧化鎢電池中通過結構水可實現(xiàn)電池到假電容器的過渡現(xiàn)象》的論文，發(fā)現(xiàn)可以通過添加結構水來改善層狀過渡金屬氧化物的儲能速率。這項技術的基本原理是：單位體積的電池可以儲存更多能量，離子可以更快的在儲能材料中擴散、同時電荷轉移也更快。
為了研究這一技術，研究人員對氧化鎢晶體（WO3）和水合氧化鎢晶體（WO3?2H2O）（二者材質相同，但氧化鎢水合物晶體是具有含水層的層狀材料）的電化學儲能特性進行比較。下圖為低溫高分辨率透射電子顯微鏡下的一片氧化鎢二水合物，由于被結構水層相隔而形成單層的原子“條紋”。
結果顯示，相比常規(guī)氧化鎢晶體而言，氧化鎢水合物的充電/放電速度顯著提高。常規(guī)氧化鎢晶體材料在充電10分鐘后儲存的能量更多，但在僅充電12秒時具有結構水的層狀材料的氧化鎢水合物晶體的儲能效果更好，并且在此過程中，產(chǎn)生的廢熱也較少。此前，氧化鎢僅作為負極材料應用于鋰離子電池，并且尚無商業(yè)化產(chǎn)品。
NCSU的Veronica Augustyn教授表示，實驗只是第一步，此項新技術未來有望實現(xiàn)商業(yè)化應用，尤其可應用于大功率儲能裝置，將會使未來的電池更薄、電動汽車的加速度加快、備用電源容量更大，以及基于可再生能源的電網(wǎng)的儲存速度更快，并因此可以創(chuàng)建更靈活且可靠的可持續(xù)能源電網(wǎng)系統(tǒng)。
