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提升高容量锂电池稳定性有望将手机续航提升2倍
- 2018-12-22 -

       3C产品与电动车需求与日俱增,因此开发高容量电池需求刻不容缓,而美国西北大学(NU)研究发现可提升高容量锂电池稳定性的材料,这一突破可望将手机与电动车续航电力提升到两倍以上。
       西北大学工程与应用科学学院材料工程教授Christopher Wolverton表示,锂锰氧化物电极容量是所有过渡金属氧化物电极最高的一种,其容量是当今手机与笔记本电脑电池的两倍,稳定这类高容量特性可让未来车用锂离子电池性能突飞猛进。
       在锂电池中,锂离子会在阴极与阳极之间不断往返,其中阴极由锂离子、过渡金属和氧化物制成,当锂离子抵达阴极并要返回阳极时,钴等过渡金属就会进行储存与释放电能,而阴极容量则会受到过渡金属中的电子数限制,氧气为电池高容量关键。
       法国研究团队在2016年首次提出高容量锂──二氧化锰电池,利用较便宜的锰金属取代传统又昂贵的钴,研发出成本更低、容量更高的电极。然而该电池虽然拥有高容量电极,但是并不持久,电池性能在前两次充放电循环就显著下降,因此研究人员认为该电池尚不能商业化,他们也无法确切得知为何电极容量比较高与快速退化因素。
       Wolverton团队详细研究阴极原子图(atom picture)后,发现阴极高容量之谜──材料强制让氧气参与反应,因此电极除了过渡金属之外,还利用氧气来储存电能和放电,如此一来电池便具有更高容量和可利用更多锂离子。
       得出电极高容量背后原因之后,团队开始研究如何稳定电池,团队成员兼论文第一作者Zhenpeng Yao指出,研究凭借各种充电知识与高通量(high-throughput)运算来分析扫描元素周期表,用新方法来合成化合物与潜力元素,并找出提升电池性能关键。
       研究运算结果直指铬和钒金属,团队则认为把该元素与锂锰氧化物混合后,就能产生稳定化合物,进而维持电极高容量。未来Wolverton团队将会进一步测试这些理论化合物。目前该研究已发布在《Science Advances》。
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