英国科学家开发可逆的高能量密度阴极材料锂离子电池

2021-03-09 16:40

导读：英国的科学家们开发了一个模型来解释利用锂离子电池某些阴极材料中的氧化还原反应的挑战。基于他们对该理解反应的改善，他们提出了几种可能的进一步研究路线，以避免不必要的反应，并开发可逆的高能量密度阴极材料。

英国科学家研发提升电池能量密度的新方法有效提高材料的储能容量

自2000年初以来，富锂正极材料一直是从事储能工作的科学家们感兴趣的领域。在这些材料中，氧化还原反应已被证明可以在氧化物离子以及过渡金属离子中存储额外的电荷——有可能提高材料的储能容量。

然而当集成到电池中时，这种阴极材料在第一次充电时就会发生不可逆的结构变化，立即降低其后续电压。而这些结构变化背后的机制一直让科学家们摸不着头脑，阻碍了材料的进一步发展。有鉴于此，英国的法拉第研究所开始观察这些阴极在工作中的结构变化。

法拉第研究所首席科学家Peter Bruce说：“在对锂离子电池能量密度进行渐进式改进这一日益艰难的探索中，能够利用氧化还原阴极的潜力及其相对于目前商业化使用的富镍阴极所带来的更大改进，具有潜在的重要意义。对氧化还原的基本机制的深入理解是为缓解此类材料目前的局限性的策略提供信息的重要一步，使其潜在的商业用途离现实更近了一步。”

利用英国钻石光源设施的X射线成像技术，该小组能够确认驱动第一次充电后电压损失的氧气的变化，还开发了一个解释整个过程的模型。

英国科学家研发提升电池能量密度的新方法有效提高材料的储能容量

巴斯大学和CATMAT首席研究员Saiful Islam教授说：“计算建模已经证明，分子氧的演化既解释了观察到的电化学反应。第一次放电时电压的降低，也解释了观察到的结构变化，由分子氧在材料体积内的容纳所解释。这种将分子氧和电压损失联系在一起的单一统一模型，使研究人员能够提出避免氧化还原引起的不稳定性的实用策略，为实现更可逆的高能量密度锂离子阴极提供潜在的途径。”

该模型在发表于《自然能源》的论文The role of O2 in O－redox cathodes for Li－ion batteries中进行了描述。研究人员继续提出了六种不同的策略，以基于对氧化还原反应的这种理解来开发高能阴极材料，所有这些策略都将由法拉第研究所在后续工作中进行探索。

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