隨著全球電動(dòng)化社會(huì)的加速推進(jìn)以及供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)的日益凸顯，擺脫對(duì)鈷、鎳等稀有金屬依賴的“無(wú)稀土”蓄電池開(kāi)發(fā)已成為行業(yè)焦點(diǎn)。在眾多候選技術(shù)中，多價(jià)金屬電池憑借鈣（Ca）和鎂（Mg）等元素在地殼中的豐富儲(chǔ)量、高安全性以及潛在的高能量密度優(yōu)勢(shì)，被視為下一代儲(chǔ)能技術(shù)的有力競(jìng)爭(zhēng)者。然而，由于二價(jià)離子在氧化物正極材料中遷移困難，且易引發(fā)強(qiáng)烈的靜電相互作用導(dǎo)致晶格結(jié)構(gòu)崩塌，實(shí)現(xiàn)室溫下穩(wěn)定的充放電一直是制約其商業(yè)化的核心難題。日本東北大學(xué)多元物質(zhì)科學(xué)研究所與北海道大學(xué)等機(jī)構(gòu)組成的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，近日在這一領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，成功開(kāi)發(fā)出一種基于納米氧化鉬的新型正極材料，為多價(jià)金屬電池的實(shí)際應(yīng)用鋪平了道路。

該研究成果于2026年4月28日在國(guó)際期刊《先進(jìn)能源材料》（Advanced Energy Materials）上發(fā)表。研究團(tuán)隊(duì)由東北大學(xué)當(dāng)時(shí)的博士生飯村玲于奈（現(xiàn)任職于日本物質(zhì)·材料研究機(jī)構(gòu)）、北海道大學(xué)的小林弘明副教授（現(xiàn)任職于東京大學(xué)）等人組成。他們聚焦于具有內(nèi)部一維離子傳輸通道的隧道結(jié)構(gòu)氧化物，特別是氧化鉬（MoO3）。與傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為的二價(jià)離子難以在氧化物中穩(wěn)定嵌入不同，隧道結(jié)構(gòu)預(yù)先提供了寬敞的離子通道，理論上能更好地平衡二價(jià)離子的接納與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。通過(guò)將該材料納米化處理，研究團(tuán)隊(duì)顯著縮短了離子在材料內(nèi)部的擴(kuò)散距離，從而克服了室溫下動(dòng)力學(xué)遲緩的障礙。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，這種納米氧化鉬正極材料在室溫下對(duì)鈣離子和鎂離子均表現(xiàn)出優(yōu)異的可逆嵌入/脫出能力。更為關(guān)鍵的是，在反復(fù)充放電過(guò)程中，材料的體積變化率被嚴(yán)格控制在2%以內(nèi)，展現(xiàn)出極高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。通過(guò)詳細(xì)的晶體結(jié)構(gòu)解析，研究團(tuán)隊(duì)揭示了一種獨(dú)特的反應(yīng)機(jī)制：材料在保持堅(jiān)固的鉬（Mo）結(jié)晶骨架不變的前提下，內(nèi)部的鉬-氧（Mo-O）鍵長(zhǎng)能夠發(fā)生靈活的可逆伸縮。這種“剛?cè)岵?jì)”的特性使得材料能夠從容應(yīng)對(duì)多價(jià)離子的進(jìn)出，既避免了宏觀結(jié)構(gòu)的坍塌，又實(shí)現(xiàn)了高效的離子存儲(chǔ)。

這一發(fā)現(xiàn)不僅證實(shí)了納米化隧道結(jié)構(gòu)氧化物在室溫多價(jià)電池中的可行性，更為未來(lái)的材料設(shè)計(jì)提供了明確指引。研究指出，確保堅(jiān)固的離子擴(kuò)散路徑、縮短納米尺度的擴(kuò)散距離，以及利用局部結(jié)構(gòu)的柔性變化來(lái)緩沖體積效應(yīng)，是實(shí)現(xiàn)高性能正極材料的三大支柱。目前，雖然部分硫化物正極材料也表現(xiàn)出較好的室溫活性，但其工作電壓較低，限制了能量密度的進(jìn)一步提升。相比之下，高電位的氧化物正極若能解決穩(wěn)定性問(wèn)題，將更具商業(yè)潛力。研究團(tuán)隊(duì)表示，未來(lái)計(jì)劃將此設(shè)計(jì)策略擴(kuò)展至其他元素組成的氧化物體系，旨在開(kāi)發(fā)更高電壓、更高能量密度的多價(jià)金屬電池正極材料，從而加速下一代儲(chǔ)能技術(shù)的商業(yè)化進(jìn)程。