东北大学研发纳米氧化钼正极，突破多价电池瓶颈

随着全球电动化社会的加速推进以及供应链风险的日益凸显，摆脱对钴、镍等稀有金属依赖的“无稀土”蓄电池开发已成为行业焦点。在众多候选技术中，多价金属电池凭借钙（Ca）和镁（Mg）等元素在地壳中的丰富储量、高安全性以及潜在的高能量密度优势，被视为下一代储能技术的有力竞争者。然而，由于二价离子在氧化物正极材料中迁移困难，且易引发强烈的静电相互作用导致晶格结构崩塌，实现室温下稳定的充放电一直是制约其商业化的核心难题。日本东北大学多元物质科学研究所与北海道大学等机构组成的联合研究团队，近日在这一领域取得突破性进展，成功开发出一种基于纳米氧化钼的新型正极材料，为多价金属电池的实际应用铺平了道路。

该研究成果于2026年4月28日在国际期刊《先进能源材料》（Advanced Energy Materials）上发表。研究团队由东北大学当时的博士生饭村玲于奈（现任职于日本物质·材料研究机构）、北海道大学的小林弘明副教授（现任职于东京大学）等人组成。他们聚焦于具有内部一维离子传输通道的隧道结构氧化物，特别是氧化钼（MoO3）。与传统观点认为的二价离子难以在氧化物中稳定嵌入不同，隧道结构预先提供了宽敞的离子通道，理论上能更好地平衡二价离子的接纳与结构稳定性。通过将该材料纳米化处理，研究团队显著缩短了离子在材料内部的扩散距离，从而克服了室温下动力学迟缓的障碍。

实验数据显示，这种纳米氧化钼正极材料在室温下对钙离子和镁离子均表现出优异的可逆嵌入/脱出能力。更为关键的是，在反复充放电过程中，材料的体积变化率被严格控制在2%以内，展现出极高的结构稳定性。通过详细的晶体结构解析，研究团队揭示了一种独特的反应机制：材料在保持坚固的钼（Mo）结晶骨架不变的前提下，内部的钼-氧（Mo-O）键长能够发生灵活的可逆伸缩。这种“刚柔并济”的特性使得材料能够从容应对多价离子的进出，既避免了宏观结构的坍塌，又实现了高效的离子存储。

这一发现不仅证实了纳米化隧道结构氧化物在室温多价电池中的可行性，更为未来的材料设计提供了明确指引。研究指出，确保坚固的离子扩散路径、缩短纳米尺度的扩散距离，以及利用局部结构的柔性变化来缓冲体积效应，是实现高性能正极材料的三大支柱。目前，虽然部分硫化物正极材料也表现出较好的室温活性，但其工作电压较低，限制了能量密度的进一步提升。相比之下，高电位的氧化物正极若能解决稳定性问题，将更具商业潜力。研究团队表示，未来计划将此设计策略扩展至其他元素组成的氧化物体系，旨在开发更高电压、更高能量密度的多价金属电池正极材料，从而加速下一代储能技术的商业化进程。