英國法拉第研究所的科學(xué)家日前宣布，已經(jīng)開發(fā)了一種模型來解釋在鋰離子電池的某些電極材料由于氧化還原反應(yīng)而受到的影響。基于對(duì)其反應(yīng)的更好理解，他們提出了研發(fā)電池材料的更多的研究途徑，以避免不必要的反應(yīng)，并開發(fā)可逆的、高能量密度的電極材料。

自從本世紀(jì)初以來，富鋰陰極材料一直是儲(chǔ)能技術(shù)研究人員感興趣的領(lǐng)域。在這些材料中，氧化還原反應(yīng)被證明可以在氧化物離子和過渡金屬離子中儲(chǔ)存額外的電荷，從而有可能提高陰極材料的儲(chǔ)能容量。

然而，一些電池陰極材料通常在第一次充電時(shí)會(huì)發(fā)生不可逆的結(jié)構(gòu)變化，并后續(xù)的充電中電壓逐漸降低。這些結(jié)構(gòu)變化背后的機(jī)制使科學(xué)家們感到困惑，并阻礙了陰極材料的進(jìn)一步研究和發(fā)展?？紤]到這一點(diǎn)，英國法拉第研究的科學(xué)家希望觀察到這些陰極的結(jié)構(gòu)變化。

英國法拉第研究所首席科學(xué)家Peterruce說，“在不斷提高鋰離子電池能量密度的艱巨的探索中，能夠利用氧-氧化還原陰極的潛力，以及它們相對(duì)于目前商業(yè)上使用的富鎳陰極所提供的更大改進(jìn)，這是一個(gè)潛在的重大問題。對(duì)氧化還原的基本機(jī)制的深入研究是一個(gè)重要的步驟，有助于制定戰(zhàn)略，減輕使用這種類電池材料目前的局限性，挖掘其潛在的商業(yè)用途。”

該研究團(tuán)隊(duì)使用英國DiamondLightourceX公司的X射線成像技術(shù)，可以確認(rèn)電池陰極在首次充電后氧氣的變化，從而確定電壓損失，并最終開發(fā)了可以解釋整個(gè)過程的一個(gè)模型。

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在富鋰陰極中，氧分子可以增加電池材料的儲(chǔ)存容量，可以將電荷儲(chǔ)存在氧化物離子和金屬離子中。

英國巴斯大學(xué)教授以及CATMAT項(xiàng)目首席研究員Saifulslam說，“這個(gè)計(jì)算模型表明，通過氧氣的逸出可以解釋觀察到電化學(xué)反應(yīng)、首次放電時(shí)電壓的降低以及結(jié)構(gòu)變化，并解釋了氧氣在電池材料主體中的容納性。這種將氧氣和電壓損失聯(lián)系在一起的統(tǒng)一模型，使研究人員能夠提出切實(shí)可行的策略來避免氧化還原引起的性能不穩(wěn)定性，從而為開發(fā)更加可逆的高能量密度的電池陰極提供了更多的途徑。”

該研究團(tuán)隊(duì)發(fā)表在《自然能源》雜志上的一篇名為《氧氣在鋰離子電池氧化還原陰極中的作用》的文章對(duì)該模型的作用進(jìn)行了描述。基于對(duì)氧化還原反應(yīng)的理解，研究人員提出了六種開發(fā)高能量密度的電池陰極材料的不同策略，法拉第研究所將在后續(xù)工作中探索這些策略。