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阿貢團隊開發新分析技術 尋找下一代電池正極材料


來源:蓋世汽車網   時間:2019-12-03 12:26:20


據外媒報道,美國阿貢國家實驗室團隊開發強大的新分析技術,在三維空間中探測晶體微結構,尋找下一代電池正極材料,此舉或將完全改變運輸和電網儲能方式。

  (圖源:阿貢官網)

研究人員分別來自阿貢的四個部門:材料科學系、化學科學和工程系、數據科學和研究系、X射線科學系。材料科學系的博士后提名人Matthew Krogstad負責關鍵工作。通過同步加速器中心的高功率X射線束進行研究,是取得成功的重要因素。

這一多學科合作項目通過新工具,探索“嵌入”過程中發生的事情。當電池發電時,離子插入正極層體之間;接下來是“脫嵌”過程,當電池充電時,從正極中提取相同的離子。傳統鋰離子電池就是通過這個過程工作的。為了尋找更好的正極材料,科學家們利用X射線和電子衍射,確定鋰離子或其他插入物如何形成長程有序結構。這種結構阻礙正極內金屬離子的移動,影響金屬離子在循環過程中的提取和插入,降低了電池性能。

在本項目中,研究團隊首先制備嵌入鈉離子的層狀氧化釩正極材料單晶。鈉儲量豐富且成本更低,因此鈉離子電池被認為是鋰離子電池的替代品。三維“圖像”顯示,鈉離子在氧化釩原子的分離列中呈鋸齒形。當溫度降到室溫以下時,晶體結構中的原子變得更加有序化。在鈉電池中,離子會沿著這些鋸齒形通道擴散。阿貢材料科學系的Raymond Osborn解釋說:“鋸齒狀裂痕越大,離子的遷移率就越高。離子遷移率越高,正極材料的性能越好。”

Rosenkranz表示:“通過這些發現,我們可以進一步了解,有序-無序轉變如何限制鈉離子的移動。研究人員也可以通過測量結果來評估策略有效性,以減少不良影響,提高正極性能。我們的研究集中在鈉離子電池正極材料上,但是,這些方法也適用于研究其他眾多晶體材料。”

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