金屬氧化物有望成為下一代鋰離子電池的關(guān)鍵材料

據(jù)外媒報(bào)道，德克薩斯大學(xué)奧斯丁分校（University of Texas at Austin）科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的國際研究小組發(fā)現(xiàn)，一些金屬氧化物可以儲(chǔ)存能量，而且遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出理論極限，有望成為下一代鋰離子電池的關(guān)鍵材料。

該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，這些金屬氧化物擁有獨(dú)特的儲(chǔ)能方式，其儲(chǔ)能能力是目前市面上常見的鋰離子電池材料的三倍，有助于打造容量更大、體積更小、充電速度更快的電池。這些電池的性能更優(yōu)異，可以應(yīng)用于智能手機(jī)、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域。

研究項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Guihua Yu表示：“近20年來，研究領(lǐng)域一直對(duì)這些材料超出理論極限的超高儲(chǔ)能能力感到疑惑。本項(xiàng)研究的實(shí)驗(yàn)證據(jù)首次表明，這些材料通過空間電荷儲(chǔ)存機(jī)制來儲(chǔ)存額外的電荷。”為了證明這一現(xiàn)象，該團(tuán)隊(duì)找到了一種方法，監(jiān)控和測(cè)量該元素如何隨時(shí)間變化。參與該項(xiàng)目的包括得克薩斯大學(xué)、麻省理工學(xué)院、加拿大滑鐵盧大學(xué)、山東大學(xué)、青島大學(xué)和中國科學(xué)院的研究人員。

其核心發(fā)現(xiàn)是過渡金屬氧化物。在這類化合物中，氧和過渡金屬（如鐵、鎳和鋅）相結(jié)合，將能量存儲(chǔ)在金屬氧化物中。這與傳統(tǒng)方法不同，傳統(tǒng)的電池通過讓鋰離子在這些材料中出入，或者轉(zhuǎn)換晶體結(jié)構(gòu)來儲(chǔ)能。研究人員還發(fā)現(xiàn)，在一系列常規(guī)電化學(xué)過程中形成的鐵納米粒子表面，也可以存儲(chǔ)額外的電荷容量。

研究顯示，大量的過渡金屬可以釋放額外容量，而且可以收集高密度電子。但是，研究人員表示，要深入了解這些材料的潛力，還有很長(zhǎng)的路要走。

研究采用的關(guān)鍵技術(shù)是原位磁測(cè)技術(shù)。利用這種實(shí)時(shí)磁監(jiān)測(cè)方法，可以研究材料內(nèi)部電子結(jié)構(gòu)如何演變，還能通過測(cè)量磁性的變化，量化電荷容量。這種技術(shù)可用于研究小尺度電荷存儲(chǔ)，其表征能力超出許多傳統(tǒng)表征工具。Yu表示：“本項(xiàng)研究使用的是物理學(xué)家常用但在電池界很少使用的技術(shù)，并且獲得了重要的研究成果。這是物理學(xué)和電化學(xué)的完美結(jié)合?！?br /> 責(zé)任編輯：tzh