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美研發(fā)新無(wú)序材料 可提高鋰電池性能

作者:周曉晴 來(lái)源:數(shù)字儲(chǔ)能網(wǎng) 發(fā)布時(shí)間:2014-01-21 瀏覽:

中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊:近日,美國(guó)麻省理工大學(xué)(MIT)和布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室共同研發(fā)出一種鋰離子電池的陰極材料。該科研小組負(fù)責(zé)人Gerbrand Ceder博士表示:“與傳統(tǒng)鋰電池相比,這種陰極材料是由無(wú)序的鋰化合物構(gòu)成,比有序結(jié)構(gòu)的陰極材料性能更好。這種鋰化合物(lithium molybdenum chromium oxide,LMCO)為尋找更好的電池材料指明一種新的研究方向,而這種材料在之前的研究過(guò)程中被忽略了?!?

上:傳統(tǒng)分層陰極材料(鋰+過(guò)渡金屬)   下:MIT的無(wú)序結(jié)構(gòu)材料

在鋰離子電池充電過(guò)程中,鋰離子移出電池陰極,隨著電量消耗流向陽(yáng)極。離子在電池陰陽(yáng)極之間的來(lái)回移動(dòng)引起電極材料收縮和膨脹,久而久之發(fā)生裂紋和性能衰退。目前,電池陰極一般由有序的晶體材料制成,有時(shí)是鋰和過(guò)渡金屬氧化物交替的條紋層結(jié)構(gòu)。當(dāng)有序結(jié)構(gòu)發(fā)生些許偏離,電池效率就會(huì)逐漸降低。因此,科研人員大多數(shù)都忽略通過(guò)研究無(wú)序結(jié)構(gòu)材料來(lái)提高電池性能。

過(guò)去,科研人員認(rèn)為,有必要通過(guò)分層結(jié)構(gòu)為鋰離子提供進(jìn)出電池陰極的路徑,而不會(huì)碰到過(guò)渡金屬氧化物層,即一個(gè)“專屬通道”。再則,Cedar博士補(bǔ)充道:“無(wú)序結(jié)構(gòu)一般會(huì)大幅降低鋰離子的移動(dòng)性,而高性能的充電電池要求離子移動(dòng)性高?!?

MIT發(fā)現(xiàn),通過(guò)把計(jì)算機(jī)模擬和實(shí)驗(yàn)室結(jié)合,生成的新無(wú)序結(jié)構(gòu)可以大大提高電池陰極的性能。

無(wú)序結(jié)構(gòu)材料的儲(chǔ)能容量和循環(huán)次數(shù)

存在大量過(guò)剩鋰的無(wú)序結(jié)構(gòu)材料會(huì)生成不規(guī)則路徑,可作為鋰離子移動(dòng)的有效路徑。這種材料有一個(gè)額外的好處:鋰離子可以像在層狀結(jié)構(gòu)材料中一樣通過(guò)這些不規(guī)則的路徑,但不會(huì)導(dǎo)致材料變形。

相關(guān)研究論文發(fā)表在《科學(xué)》上,該研究得到博世公司、三星、優(yōu)美科以及美國(guó)能源部的贊助。(中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)獨(dú)家編譯)

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關(guān)鍵字:無(wú)序材料 陰極 鋰電池 性能

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