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編者按：據(jù)外媒報道，法拉第研究所CATMAT項目的部分成員、牛津大學的科學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。 牛津大學教授兼法拉第研究所首席科學家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-氧化還原的基本機理是制定策略、減少此類材料當前局限性的重要舉措，可以推動其潛在商業(yè)應用的實現(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)相關目標進行大規(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續(xù)航里程。通過使用英國Diamond Light Source和Royce Institute的先進設備，此次突破才得以實現(xiàn)，這也證明維系英國研究基礎設施非常重要。”

提升電動汽車續(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)生結構變化（主要為不可逆變化），并導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用。

為發(fā)現(xiàn)氧-氧化還原反應機理并解釋上述結構變化，全球的科學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反應，一是首次放電時的電壓降低問題，二是結構變化問題。以上兩種反應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可行的策略，避免氧-氧化還原引起的不穩(wěn)定性，從而為實現(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項目進行研究。理解機械原理可加快這些領域的研究速度，為迭代、反復試驗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)一種獨特的“上層結構”，控制過渡金屬層中鋰原子的順序，從而提高結構穩(wěn)定性并減少電壓損失。

原標題：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續(xù)航里程