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鋰電池在長(zhǎng)時(shí)間使用之后，續(xù)航能力會(huì)明顯下將。這主要是因?yàn)樵陔姵匮h(huán)過(guò)程中形成的雜質(zhì)導(dǎo)致的，現(xiàn)在諾貝爾獎(jiǎng)獲得者、可充電鋰電池的發(fā)明者領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)可能已經(jīng)找到了這個(gè)問(wèn)題的解決方案--新型涂層。


在鋰電池循環(huán)過(guò)程中，這些雜質(zhì)會(huì)累積在電池富鎳陰極中。而在鋰電池中，鎳雖然是能量密度的關(guān)鍵，但同時(shí)它也是不穩(wěn)定的。這導(dǎo)致在第一次充電和放電循環(huán)期間在陰極表面形成雜質(zhì)，這反過(guò)來(lái)又使電池的存儲(chǔ)容量立即減少 10% 到 18%。此外，鎳在陰極結(jié)構(gòu)的表面下產(chǎn)生了不穩(wěn)定性，隨著時(shí)間的推移，這也開(kāi)始降低電池的存儲(chǔ)容量。

2019 年，斯坦利·惠廷安（Stanley Whittingham）與其他兩位科學(xué)家因在 1970 年代開(kāi)發(fā)鋰離子電池而獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。此后，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但包括 Whittingham 在內(nèi)的研究人員仍在努力通過(guò)實(shí)驗(yàn)不同的材料來(lái)改進(jìn)它們，而作為陰極的一個(gè)有希望的材料是一種名為 NMC 811 的鎳錳鈷材料。

在 Whittingham 的帶領(lǐng)下，由紐約州立大學(xué)賓漢姆頓分校、能源部和橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員組成的團(tuán)隊(duì)對(duì) NMC 811 進(jìn)行了多項(xiàng)化學(xué)研究。希望這將防止陰極中的不穩(wěn)定性，研究人員通過(guò) X 射線(xiàn)和中子衍射研究對(duì)這一點(diǎn)進(jìn)行了調(diào)查。

研究者 Hui Zhou 表示：“中子很容易穿透陰極材料，揭示出鈮和鋰原子的位置，這為更好地了解鈮的改性過(guò)程是如何工作的。中子散射數(shù)據(jù)表明，鈮原子穩(wěn)定了表面以減少第一周期的損失，而在更高的溫度下，鈮原子取代了陰極材料內(nèi)部更深的一些錳原子以提高長(zhǎng)期的容量保持”。

通話(huà)這種鎳錳鈷材料，在首次充電循環(huán)中就能減少容量損失。最終，它也提供了更好的長(zhǎng)期性能，導(dǎo)致在250個(gè)充電周期內(nèi)容量保持率達(dá)到 93.2%?？茖W(xué)家們認(rèn)為新的電池設(shè)計(jì)有很大的潛力，特別是在高密度存儲(chǔ)是一個(gè)優(yōu)先事項(xiàng)的情況下，例如在電動(dòng)運(yùn)輸領(lǐng)域。

Whittingham 說(shuō)：“在電化學(xué)性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面讓 NMC 811 成為一種候選的陰極材料，可用于更高能量密度的應(yīng)用，如電動(dòng)汽車(chē)。將鈮涂層與用鈮原子替代錳原子相結(jié)合，可能是提高初始容量和長(zhǎng)期容量保持率的更好方法。利用目前NMC材料的多步驟制造工藝，這些修改可以很容易地?cái)U(kuò)大規(guī)模” 。

原標(biāo)題：鋰電池發(fā)明者創(chuàng)造了一種新涂層來(lái)改善電池的壽命