破解科学异常代码：解决了数十年的锂离子电池存储之谜

时间：2022-05-09 18:25:49 来源：

于博士实验室中的电池测试系统，用于开发先进的电极材料。

多年来，研究人员一直致力于了解更多关于金属氧化物的知识，这些金属氧化物具有潜力，有望成为下一代锂离子电池的关键材料，因为它们具有神奇的储能能力。由德克萨斯大学奥斯汀分校牵头的一个国际研究小组破解了这一科学异常的代码，打破了建造超快速电池储能系统的障碍。

研究小组发现，这些金属氧化物拥有独特的能量存储方式，超越了传统的电化学存储机制。这项发表在《自然材料》上的研究发现，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材料的三倍。

通过解开这一谜团，研究人员正在帮助解锁具有更大能量容量的电池。这可能意味着更小，功能更强大的电池能够为从智能手机到电动汽车的所有物体快速充电。

“近二十年来，这些材料的超高容量超出了其理论极限，研究界对此感到困惑。”科克雷尔工程学院沃克机械工程系副教授，领导者之一俞桂华说。该项目。“这项工作证明了第一个实验证据，表明多余的电荷通过空间电荷存储机制物理地存储在这些材料中。”

于博士实验室中的电池测试系统，用于开发先进的电极材料。

为了证明这种现象，研究小组找到了一种监视和衡量元素随时间变化的方法。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。

发现的中心是过渡金属氧化物，它们是包含与过渡金属（例如铁，镍和锌）结合的氧的化合物。能量可以存储在金属氧化物内部，这与通常的方法相反，后者使锂离子移入或移出这些材料或转换其晶体结构以进行能量存储。研究人员表明，在一系列常规电化学过程中形成的铁纳米颗粒表面还可以存储额外的电荷容量。

根据这项研究，各种各样的过渡金属可以释放这种额外的容量，它们具有共同的线索-收集高密度电子的能力。于说，这些材料还没有准备就绪，主要是因为对它们缺乏了解。但是研究人员说，这些新发现应该大大有助于阐明这些材料的潜力。

这项研究中采用的关键技术被称为原位磁测量法，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。它可以通过测量磁性变化来量化充电容量。该技术可用于以非常小的规模研究电荷存储，这超出了许多常规表征工具的功能。

于说：“最重要的结果是从物理学家常用的技术中获得的，而在电池界却很少。”“这是物理学与电化学的完美结合的完美展示。”

参考：李强，李洪森，夏庆涛，胡正强，朱跃，严世申，陈戈，张庆华，王晓雄，尚宪涛，舒树亭的“通过原位磁力分析揭示的过渡金属氧化物锂离子电池的额外存储容量”范云龙，顾林星，苗国兴，于桂华，贾加迪什·穆达拉，2020年8月17日，自然材料.DOI：
10.1038 / s41563-020-0756-y

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