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研究人員獲得富鋰電池陰極新發(fā)現(xiàn) 有助于提高電動汽車?yán)m(xù)航里程

時間:2021-03-04 08:28來源:蓋世汽車 作者:劉麗婷
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（圖片來源： 法拉第研究所）
 
       據(jù)外媒報道，法拉第研究所CATMAT項(xiàng)目的部分成員、牛津大學(xué)的科學(xué)家們在研究下一代陰極材料時，對富鋰陰極材料中氧-氧化還原過程有了新的理解，并提出可提高鋰離子電池能量密度的方法。
 
       牛津大學(xué)教授兼法拉第研究所首席科學(xué)家Peter Bruce教授表示：“在不斷提高鋰離子電池能量密度的過程中，能夠利用氧-氧化還原陰極的潛力非常重要。此外，與目前商用富鎳陰極相比，氧-氧化還原陰極也能帶來更大改善的。深入了解氧-氧化還原的基本機(jī)理是制定策略、減少此類材料當(dāng)前局限性的重要舉措，可以推動其潛在商業(yè)應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)。”
 
       法拉第研究所首席執(zhí)行官Pam Thomas表示：“在英國電氣化競賽中找到開創(chuàng)性解決方案，需要針對行業(yè)相關(guān)目標(biāo)進(jìn)行大規(guī)模的集中研究。法拉第研究所研究人員此次的發(fā)現(xiàn)開啟并加速了對電池材料研究方法的探索，從而提升未來電動汽車?yán)m(xù)航里程。通過使用英國Diamond Light Source和Royce Institute的先進(jìn)設(shè)備，此次突破才得以實(shí)現(xiàn)，這也證明維系英國研究基礎(chǔ)設(shè)施非常重要。”
 
       提升電動汽車?yán)m(xù)航里程需要電池材料在較高的電壓下存儲更多的電荷，從而實(shí)現(xiàn)高“能量密度”�？稍黾愉囯x子陰極材料能量密度的方法比較有限，如目前大多數(shù)陰極材料采用層狀過渡金屬氧化物，并添加鈷、鎳和錳。還有一種研究方法可將電荷存儲在氧化物離子以及過渡金屬離子上。
 
       多年來，使用這種氧-氧化還原材料提高陰極能量密度也是比較有潛力的方法。但是這種材料在首次充電時會發(fā)生結(jié)構(gòu)變化（主要為不可逆變化），并導(dǎo)致之后的放電充電循環(huán)電壓明顯降低，從而阻礙了其在商用電池的潛在應(yīng)用。
 
       為發(fā)現(xiàn)氧-氧化還原反應(yīng)機(jī)理并解釋上述結(jié)構(gòu)變化，全球的科學(xué)家們已開展了一段時間的研究，但仍然很難做出清晰解釋。諸如共振非彈性X射線散射（RIXS）等技術(shù)在過去被成功地用于探測氧的變化。但通過與Diamond Light Source的研究人員合作，法拉第研究所的研究人員成功揭示出RIXS特征，表明大部分材料中的氧化物是分子氧，而非過氧化物或其他化合物。
 
       巴斯大學(xué)和CATMAT首席研究員Saiful Islam教授表示：“計算模型證明，分子氧的變化可解釋兩種觀察到的電化學(xué)反應(yīng)，一是首次放電時的電壓降低問題，二是結(jié)構(gòu)變化問題。以上兩種反應(yīng)在材料的大部分地方可以得到解釋。這種將分子氧和電壓損失聯(lián)系在一起的統(tǒng)一模型，可幫助研究人員提出切實(shí)可行的策略，避免氧-氧化還原引起的不穩(wěn)定性，從而為實(shí)現(xiàn)更高可逆的高能量密度鋰離子陰極提供可能途徑。”
 
       論文共提出六種極具潛力的策略，目前均在CATMAT項(xiàng)目進(jìn)行研究。理解機(jī)械原理可加快這些領(lǐng)域的研究速度，為迭代、反復(fù)試驗(yàn)和錯誤嘗試提供替代方案。在新研究方向上，研究人員正在開發(fā)一種獨(dú)特的“上層結(jié)構(gòu)”，控制過渡金屬層中鋰原子的順序，從而提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性并減少電壓損失。
 
(責(zé)任編輯：子蕊)
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