據(jù)報道，杭州亞運會期間的滬杭智能高速公路交通將采用目前國際上最先進的無人智能交通系統(tǒng)，基于此，我們可以想象以下基于5G技術(shù)、北斗特種和無線快速充電技術(shù)的未來交通的場景：

你坐在你的無人車里，看著顯示屏型車窗上播放的最新大片，根本沒有感覺到你的智能車已經(jīng)在智能高速上行駛了4個多小時，你的智能車正在接受特種信號，根據(jù)道路實時交通狀況不斷勻速轉(zhuǎn)換車道，并且已經(jīng)在連續(xù)和間斷無線快速充電后到達目的地，并且在提醒你車輛已經(jīng)支付了高速通行費、充電費、智能導(dǎo)航信息中心的服務(wù)費后駛出高速路，你的車輛提醒睡夢中的你是否切換為白天模式并有否興趣自己駕駛一會，并且看看你所到達目的地的城市風(fēng)景，并且順便確認下一個即將到達的餐廳是否是你屬意的口味，當(dāng)然價格表和菜單已經(jīng)在顯示屏上啦。

你不用懷疑，這就是2030年你在錯過了高速列車后可以選擇的交通方式！

當(dāng)然這樣的交通方式依托核心關(guān)鍵技術(shù)之一就是快速無線充電電池！為了這個夢想，人類近年來在新能源領(lǐng)域，尤其是車用電池大功率、高續(xù)航能力、快速充電、長壽命和足夠穩(wěn)定的安全性等方面投入了極大的人力物力進行研究，力圖不斷取得突破，在目前鋰電池技術(shù)上不斷拓展，一邊使目前常見的新能源汽車真正有實質(zhì)性突破并引領(lǐng)未來智能交通。

我們知道，和傳統(tǒng)電池比較，鋰離子電池由于開路電壓高、能量密度大、循環(huán)性能好等優(yōu)點得到日益廣泛的應(yīng)用。目前商業(yè)化使用的負極材料大多為石墨類負極材料，有很好的循環(huán)性能，但較低的理論容量（372mAh/g），逐漸不能滿足人們對高能量密度電池的需求。因此開發(fā)高容量負極材料已成為當(dāng)前的研究熱點，具有潛在實用價值的負極材料，主要包括合金反應(yīng)、轉(zhuǎn)化反應(yīng)材料以及鈦基材料，如合金材料硅、錫、鎢、鈮和過渡金屬氧化物等。

鋰離子電池的負極材料主要作為儲鋰的主體，在充放電過程中實現(xiàn)鋰離子的嵌入和脫出。石墨電位0.1VvsLi+/Li，與電解質(zhì)形成在界面形成一層膜，并且容易形成鋰支晶，但是石墨由于層狀結(jié)構(gòu)，鋰離子嵌入嵌出過程引起較大形變（10.3%），導(dǎo)致循環(huán)性能不足Li+在石墨中的離子遷移速率較低，導(dǎo)致充放電較慢，也因此現(xiàn)在一般使用石墨作為負極，容量較低，首次充放電效率低，有機溶劑共嵌入等不足和缺陷。所以科學(xué)家和技術(shù)人員一直在孜孜以求地開發(fā)其他高容量的非碳負極材料。

最新的研究表明，電池充電的速度部分取決于正電粒子（稱為鋰離子）向負電極移動的速度，正電粒子之后儲存在負電極處。限制我們制造出快速充電的“超級”電池的一大因素便是鋰離子在陶瓷介質(zhì)中的移動速度。一種可能的解決方案是通過使用納米粒子來縮小每種物質(zhì)材料。但是納米粒子的造價非常昂貴并且制作工藝復(fù)雜。因此，科學(xué)家們一直在尋找替代性材料來規(guī)避這一問題。

最近新發(fā)現(xiàn)的一組材料可以實現(xiàn)電池快速充電，提高智能手機在幾分鐘內(nèi)完全充電的可能性，并加速了電動汽車和太陽能等主要清潔科技（cleantechnologies，環(huán)?？萍迹┑耐度霊?yīng)用。劍橋大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)的被通過稱作是“鈮鎢氧化物”的材料鋰離子可以實現(xiàn)超高速移動，意味著可以實現(xiàn)電池快速充電。

當(dāng)然鈮鎢氧化物并不是常見的鎢的氧化鎢和鎢酸鹽，其合成核工業(yè)換生產(chǎn)也又不曉得難度，較目前應(yīng)用較為廣泛的純鎢與昂花霧、鎢酸鹽、偏鎢酸鹽、各類稀土摻雜鎢酸鹽，以及各類納米級鎢制品材料，根據(jù)差異參閱的國內(nèi)外專利文件，我們可以得知，摻鈮納米氧化鎢的制備方法較為特殊而困難，其特點是將濃度為0.2～0.3mol/L的六氯化鎢溶液4～10份,置于聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，加入二次蒸餾水12～20份，攪拌使其充分溶解;在上述溶液中加入濃度為0.05～0.1mol/L的五氯化鈮乙醇溶液1～10份、攪拌、混合、提純、結(jié)晶、再結(jié)晶、干燥等連續(xù)工藝生產(chǎn)而成。盡管其成本價格較高，但是較之其已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)特點和改善鋰電池快速充電問題的優(yōu)勢，前開發(fā)和應(yīng)用前景值得期待。

在2018年7月25日出版的《自然》雜志上刊登了KentJ.Griffith,KamilaM.Wiaderek,GiannantonioCibin,LaurenE.Marbella&ClareP.Grey為作者的題為《Niobiumtungstenoxidesforhigh-ratelithium-ionenergystorage》的文章詳細介紹了鈮鎢氧化物無電池技術(shù)的返現(xiàn)的基本情況（Naturevolume559,pages556–563(2018)。“鈮鎢氧化物有著本質(zhì)上的不同?！逼涞谝蛔髡逰entGriffith說，“這種材料于1965年被首次發(fā)現(xiàn)，具有剛性的、開放的結(jié)構(gòu)，并且有著比其他常用電池材料更大的粒子尺寸?！?br/>
為了測量鋰離子在這些非同一般的介質(zhì)中的運動，研究人員使用類似于MRI掃描儀中發(fā)現(xiàn)的技術(shù)。他們發(fā)現(xiàn)，鋰離子在這些材料中的移動速度要比傳統(tǒng)陶瓷電極材料快幾百倍。這些替代材料的另一優(yōu)點在于便宜且易于制造。Griffith說：“這些氧化物易于制造，不需要額外的化學(xué)品或溶劑?！眱?yōu)化的電池可以革新電動汽車以及太陽能格網(wǎng)儲存這兩大環(huán)保技術(shù)。

這一研究的署名ClareGrey表示，下一步要做的就是優(yōu)化這一材料在整個電池中的使用，該電池可以在電動汽車所需的時間和里數(shù)內(nèi)循環(huán)使用。Clare補充道，“舉例來說，人們在車站就能對電動公交車進行快速充電?！?br/>
倫敦大學(xué)電化學(xué)工程教授DanBrett雖然并未參與這項工作，但是仍然對這一發(fā)現(xiàn)表示了極大的贊賞，“這一發(fā)現(xiàn)是激動人心的，尤其是它對電池性能所做的改觀”，他說，“這項工作的真正聰明之處還在于可以洞察一種測量機制，得以測量鋰離子通過這一物質(zhì)所達到的移動速度。”

化學(xué)系教授和該論文的通訊作者ClareGrey說：“納米粒子的制備可能很棘手，這就是為什么我們在尋找那些即使是微米級的粒子，但其自身具有我們所需要的特性的材料。這意味著不必去通過一個復(fù)雜的過程來制備它們，這樣可以降低成本。納米顆粒在實際應(yīng)用中也具有挑戰(zhàn)性，因為它們往往非?！钏伞?，因此很難將它們緊密地包在一起，這點對電池的體積能量密度是至關(guān)重要的。”

在目前的工作中使用的鈮鎢氧化物具有不捕捉鋰的剛性的開放結(jié)構(gòu)，并且比其他許多電極材料具有更大的顆粒尺寸。Griffith推測這些材料以前沒有受到重視的原因與它們復(fù)雜的原子排列有關(guān)，同時，他認為結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和混合金屬的組成正是材料表現(xiàn)出獨特的運輸特性的原因。Griffith還補充說：“許多電池材料都是基于兩三個相同的晶體結(jié)構(gòu)，但是這些鈮鎢氧化物是完全不同的。”該氧化物被氧“支柱”隔開，使鋰離子在三維空間中移動。他說“氧柱或剪切面使這些材料比其他電池化合物更堅硬，因此，加上它們的開放結(jié)構(gòu)意味著更多的鋰離子可以通過它們，而且速度更快?！?br/>
采用不易應(yīng)用于電極材料的脈沖場梯度(PFG)核磁共振波譜(NMR)技術(shù)，研究人員測量了鋰離子在氧化物中的運動，發(fā)現(xiàn)它們的速度比典型的電極材料高幾個數(shù)量級。目前大多數(shù)鋰離子電池的負極都是由具有很高能量密度的石墨制成的，但在高速充電時，往往會形成枝晶的鋰金屬纖維，這種纖維會產(chǎn)生短路，使電池易燃。

Griffith認為：“許多納米粒子結(jié)構(gòu)需要多個步驟來合成，而最終只需要使用一點，因此可擴展性是一個真正的問題。但這些氧化物很容易制備，不需要額外的化學(xué)品或溶劑。除了鋰的高遷移率外，鈮鎢氧化物也易于制備”?！霸摷夹g(shù)還將進一步優(yōu)化這些材料，因此，我們可以期待，在未來，電池功率、能量和壽命都將得到新的改善?！?/p>