锂离子电池|锂离子电池存储数十年的谜团解开
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余博士实验室的电池测试系统 ， 用于开发先进的电极材料 。 来源：德克萨斯大学奥斯汀分校
多年来 ， 研究人员一直希望更多地了解一组金属氧化物 ， 这些氧化物有望成为下一代锂离子电池的关键材料 ， 因为它们的神秘能力可以储存比应该可能更多的能量 。 由德克萨斯大学奥斯汀分校共同领导的一个国际研究小组破解了这种科学异常的密码 ， 打破了建造超高速电池储能系统的障碍 。
研究小组发现 ， 这些金属氧化物具有独特的储存方式 ， 可以储存超出经典电化学储存机制的能量 。 这项研究发表在《自然材料》杂志上 ， 发现几种金属化合物的储能能力是当今市售锂离子电池中常见的材料的三倍 。
通过破译这个谜团 ， 研究人员正在帮助解锁具有更大能量能力的电池 。 这可能意味着更小、更强大的电池能够快速为从智能手机到电动汽车等所有产品提供充电 。
"近二十年来 ， 研究界一直为这些材料超出理论极限的异常高容量而感到困惑 ， "科克雷尔工程学院沃克机械工程系副教授、该项目的领导之一余桂华说 。 "这项工作演示了第一个实验证据 ， 表明额外的电荷是通过空间电荷存储机制物理存储在这些材料中 。
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余博士实验室的电池测试系统 ， 用于开发先进的电极材料 。 来源：德克萨斯大学奥斯汀分校
为了证明这种现象 ， 研究小组找到了一种方法来监控和测量元素如何随着时间而变化 。 来自UT、麻省理工学院、加拿大滑铁卢大学、中国山东大学、中国青岛大学和中国科学院的研究人员参加了该项目 。
这一发现的中心是过渡金属氧化物 ， 这些化合物包括与过渡金属（如铁、镍和锌）结合的氧 。 能量可以储存在金属氧化物中 ， 而不是看到锂离子移出这些材料或转换其晶体结构以储存能量的典型方法 。 研究人员还表明 ， 额外的电荷容量也可以储存在一系列常规电化学工艺中形成的铁纳米粒子的表面 。
根据研究 ， 广泛的过渡金属可以释放这种额外的容量 ， 它们共享一个共同的线——收集高密度电子的能力 。 余说 ， 这些材料还没有准备好黄金时间 ， 主要是因为缺乏对它们的了解 。 但研究人员说 ， 这些新发现应该会大有作为 ， 可以揭示这些材料的潜力 。
本研究采用的关键技术名为原位磁测量仪 ， 是一种实时磁监测方法 ， 用于研究材料内部电子结构的演变 。 它通过测量磁力的变化来量化电荷容量 。 此技术可用于研究充电存储的非常小的规模 ， 超出了许多传统表征工具的功能 。
【锂离子电池|锂离子电池存储数十年的谜团解开】"最重要的结果来自物理学家常用的技术 ， 但在电池界很少 ， "余说 。 "这是物理和电化学之间美好婚姻的完美展示 。
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