蓋世汽車訊 據(jù)外媒報道，包括兩名斯科爾科沃理工學院（Skoltech）科學家在內(nèi)的國際研究小組通過實驗證明，長期以來對鋰離子電池能效低的解釋不成立。研究人員表示，這一現(xiàn)象涉及到正極中氧和過渡金屬原子之間緩慢的電子轉(zhuǎn)移，而不是原子本身進行遷移。

 （圖片來源：skoltech）

目前電動汽車和裝置中使用的鋰離子電池的容量，接近帶富鋰氧化物正極的同類產(chǎn)品所能提供容量的一半。而后者存在效率低下的技術(shù)問題，充電時耗費的電力要遠超過電池最終提供的電力。隨著時間的推移，尤其是在高耗能應用中，電力損耗逐漸累加，使這類電池難以投入商用。

為了挖掘帶富鋰氧化物正極的電池的潛力，研究人員必須了解導致其效率低下的潛在機制，準確找出損失能量的去向。以前對這一現(xiàn)象的解釋，技術(shù)上稱為電壓滯后。最近的研究提供實驗性證據(jù)，對以前的內(nèi)容加以否定，并提出新的理論解釋。

當鋰離子電池充電時，鋰離子在兩個電極之間移動。在向負極移動時，它們會在正極上留下空位；而在另一半的循環(huán)過程中，鋰離子返回時伴隨著能量消耗，例如為手機充電。研究人員Anatoly Morozov表示：“在此期間，正極中的一些過渡金屬原子可能暫時侵入空位，然后再撤回，這一過程耗費了寶貴的能量。關(guān)于電壓滯后的舊理論大致如此?！?/p>

為了驗證這一解釋，研究人員在Skoltech高級成像核心設(shè)施（Skoltech’s Advanced Imaging Core Facility），在電池充放電循環(huán)的不同階段，使用透射電子顯微鏡來監(jiān)測富鋰電池正極的原子結(jié)構(gòu)。該正極由化學式為Li1.17Ti0.33Fe0.5O2 的材料制成。然而，未發(fā)現(xiàn)鐵或鈦原子遷移到鋰空位的明顯跡象，這表明其他一些過程正在吸收能量。

研究人員 Artem Abakumov表示：“這一發(fā)現(xiàn)激發(fā)研究團隊從其他地方尋找電壓滯后的起因。引起這種現(xiàn)象的不是陽離子的可逆遷移，而是氧原子和過渡金屬原子之間可逆的電子轉(zhuǎn)移。當電池充電時，鐵中的一些電子被氧原子劫持，后來又返回。這種可逆轉(zhuǎn)移過程消耗了一些能量。

“從電子轉(zhuǎn)移的角度理解電壓滯后，可能對緩解這種不受歡迎的效應產(chǎn)生直接影響，從而使下一代鋰離子電池的能量密度達到創(chuàng)紀錄水平，為電動汽車和便攜式電子產(chǎn)品供電。為了實現(xiàn)下一步的目標，化學家們可以在元素周期表和‘化學柔軟度’等概念的指導下，通過改變陽離子-陰離子共價鍵來操縱電子轉(zhuǎn)移勢壘?！?/p>

Morozov表示：“這證明了先進的透射電子顯微鏡在破譯極端復雜的局部結(jié)構(gòu)方面的能力。Skoltech的年輕研究人員能夠直接接觸到如同像差校正電子顯微鏡（aberration-corrected electron microscopes）這樣的尖端設(shè)備，并有機會接受進一步的培訓，這真是太棒了。這使我們能夠與學術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的國際同行合作，為頂級電池研究做出貢獻?！?/p>

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