在国家自然科学基金、中科院太阳能行动计划和国家留学基金项目的支持下，我系陈春华教授领导的研究组设计制备出具有优异大电流充放电性能的三维多孔钒氧化物锂离子电池正极材料。相关研究成果以“Three-dimensional porous V2O5 cathode with ultra high rate capability”为题发表在能源环境领域顶级期刊《Energy & Environmental Science》（2011, 4, 2854–2857）上。
研究人员在前期研究工作的基础上，采用静电喷雾沉积装置合成了一种由三维多孔V2O5亚微米球构成的钒氧化物薄膜材料。该薄膜材料作为正极材料应用于锂离子电池中，表现出优异的大电流充放电性能：在56C的大电流放电实验条件（相当于8.23 A g-1的电流密度, 约1分钟完全放电）下，电池能放出86.7 mA h g-1的容量；在10C充放电实验条件（相当于1.47 A g-1的电流密度，充放电时间均为6分钟）下，电池在200次充放电循环后仍能稳定放出110 mA h g-1的容量。
图1 多孔钒氧化物薄膜电极材料表面形貌从二维到三维的演变过程及
三维多孔V2O5薄膜电极材料在高倍率放电条件下的电化学性能
陈春华教授领导的研究组致力于锂离子电池材料及器件研究，此前曾与加州大学河滨分校殷亚东（我校9212校友）课题组合作设计制备了具有多孔结构的单分散、可控粒径钒氧化物亚微米球。这种钒氧化物亚微米球作为锂离子电池正极材料具有高的比容量、优异的循环性能和低温性能。相关研究成果发表在英国皇家化学会刊物《J. Mater. Chem.》（2011, 21, 6365-6369）上，美国权威的替代能源网站Green Car Congress对该项研究工作做了题为 “Porous V2O5 cathode material for Li-ion batteries shows excellent low-temperature behavior”的专题报道。
图2 钒氧化物的扫描电镜照片及多孔V2O5作为锂离子电池
电极材料在各温度下的电化学性能
王素清博士是上述两篇论文的第一作者。据她介绍，多孔结构的设计有利于提高锂离子在电极中的传输速率，进而大大提高电极材料的倍率性能。人们能够通过这种结构设计，获得具有超高倍率性能的V2O5正极材料。这种材料有望在高功率电池应用领域（如电动汽车等方面）得到广泛应用。