稀有金屬元素鈮的分子可作為分子構(gou)建塊，用(yong)(yong)于(yu)電化學(xue)(xue)儲能材料設計。據外(wai)媒報道，瑞典(dian)于(yu)默奧(ao)大學(xue)(xue)（Ume? University）化學(xue)(xue)系的Mark Rambaran提出一種方法，利用(yong)(yong)含有納米(mi)尺寸(cun)鈮分子的水性溶液（稱(cheng)為多鈮酸鹽(yan)，polyoxoniobates）來(lai)生(sheng)產固體材料。

圖(tu)片(pian)來源：于默(mo)奧(ao)大學

Mark Rambaran表(biao)示：“這些多鈮酸鹽是水(shui)溶性的，可(ke)以(yi)大量合(he)成。就(jiu)像(xiang)孩子堆樂(le)高(gao)積(ji)木一樣，它們可(ke)以(yi)充當分子構建塊，用于制造多種材料(liao)。這些材料(liao)可(ke)用于超級電(dian)容器等設備(bei)，以(yi)優(you)化鋰離子存儲。”

通過微波(bo)照(zhao)射，可以(yi)合成多(duo)(duo)鈮酸(suan)鹽。相對于傳統水熱(re)法(fa)，這(zhe)種方法(fa)快速而有效(xiao)。Mark Rambaran表示：“利用微波(bo)照(zhao)射，15分鐘即可完(wan)成相關過程。比(bi)起以(yi)前使用的水熱(re)法(fa)（需要18小時(shi)），時(shi)間要短得(de)多(duo)(duo)。”

這(zhe)種納米尺寸分(fen)子可以(yi)在水中溶解，并(bing)通過旋涂沉(chen)積至(zhi)五(wu)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)二(er)(er)鈮（niobium pentoxide）薄(bo)膜(mo)上(shang)。將這(zhe)些薄(bo)膜(mo)加熱至(zhi)200-1200°C，可使表面(mian)具(ju)(ju)有(you)(you)不同的(de)耐(nai)腐蝕性(xing)和電化(hua)(hua)(hua)學特性(xing)。在更高(gao)的(de)溫度下(xia)，這(zhe)些薄(bo)膜(mo)會(hui)結(jie)晶，并(bing)對非常基本的(de)條件具(ju)(ju)有(you)(you)耐(nai)受性(xing)，而且這(zhe)些薄(bo)膜(mo)總是具(ju)(ju)有(you)(you)抗(kang)酸性(xing)。這(zhe)種方法有(you)(you)利于沉(chen)積具(ju)(ju)有(you)(you)不同結(jie)晶度、厚度和粗糙度的(de)無堿金屬氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)物薄(bo)膜(mo)。Mark Rambaran表示：“因為能夠制造五(wu)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)二(er)(er)鈮薄(bo)膜(mo)，測試贗電容(rong)(rong)性(xing)能變得更加容(rong)(rong)易。這(zhe)有(you)(you)助于開發(fa)電化(hua)(hua)(hua)學儲(chu)能設(she)備，比如超級(ji)電容(rong)(rong)器。”

受益于(yu)五氧(yang)化二鈮晶(jing)體的(de)(de)原子(zi)(zi)排(pai)列，其中的(de)(de)通道可以輕松容納(na)儲存和釋(shi)放的(de)(de)鋰離子(zi)(zi)，使循(xun)環次(ci)數超過10萬次(ci)。因此(ci)，將其用(yong)于(yu)超級電容器，提供電化學儲能，有可能取代典(dian)型(xing)的(de)(de)鋰離子(zi)(zi)電池。

鋰(li)離子電(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)電(dian)荷儲(chu)存(cun)能(neng)(neng)(neng)力有限，充放(fang)電(dian)時間長達10分鐘(zhong)以(yi)上。相(xiang)比之下(xia)，超級(ji)電(dian)容器的(de)(de)充電(dian)時間僅(jin)需10秒，可(ke)(ke)以(yi)快速而有效地(di)提供(gong)能(neng)(neng)(neng)量。此外，使用(yong)水溶性多(duo)鈮酸鹽來制備金屬氧化物薄膜，是一種簡單(dan)溫和的(de)(de)方法，可(ke)(ke)以(yi)避免使用(yong)有害(hai)的(de)(de)起始材料，如(ru)五氯化鈮或(huo)五氟化鈮。Mark Rambaran表示：“為了減緩氣候變化，人們日益關注(zhu)開發新的(de)(de)儲(chu)能(neng)(neng)(neng)材料。因此，需要(yao)改進(jin)太陽(yang)能(neng)(neng)(neng)/燃(ran)料電(dian)池(chi)(chi)及電(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)制造方法，以(yi)提升電(dian)化學儲(chu)能(neng)(neng)(neng)能(neng)(neng)(neng)力，同時保持環境友(you)好性。”

在電(dian)(dian)化(hua)學(xue)儲能方面(mian)，超級電(dian)(dian)容器被視為可與(yu)鋰離子(zi)(zi)電(dian)(dian)池相媲美，甚至有望取代鋰離子(zi)(zi)電(dian)(dian)池。目前，超級電(dian)(dian)容器的應用包(bao)括電(dian)(dian)動(dong)(dong)汽(qi)車(che)、混合(he)動(dong)(dong)力(li)電(dian)(dian)動(dong)(dong)汽(qi)車(che)、有軌電(dian)(dian)車(che)、火車(che)、消費(fei)電(dian)(dian)子(zi)(zi)產品等(deng)。