简介具有结构水的层状储能新材料

近日，一项新的研究表明，通过使用含有“结构水”的储能材料，可以在很大程度上改善现有储能材料的性能。

水合化合物是常见的化合物形式，但如果水分子不是散布而是抱团形成了结构，新的物质性能就被发现了。近日，一项新的研究表明，通过使用含有“结构水”的储能材料，可以在很大程度上改善现有储能材料的性能。

储能研究工作的主要目标之一是将电池和电容器的优点：高能量密度和高功率进行有效结合。过渡金属氧化物的储能动力学通常受限于固相扩散，提高其储能速率最常用的方法是通过使用纳米结构材料来减少离子扩散的距离。而今，出现了一项新技术，北卡罗来纳州立大学（NCSU）的研究人员发表了一篇名为《在氧化钨电池中通过结构水可实现电池到假电容器的过渡现象》的论文，发现可以通过添加结构水来改善层状过渡金属氧化物的储能速率。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（WO32H2O）（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VeronicaAugustyn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。