3C產(chǎn)品與電動(dòng)車需求與日俱增，因此開(kāi)發(fā)高容量電池需求刻不容緩，而美國(guó)西北大學(xué)（NU）研究發(fā)現(xiàn)可提升高容量鋰離子電池穩(wěn)定性的材料，這一突破可望將手機(jī)與電動(dòng)車?yán)m(xù)航電力提升到兩倍以上。

西北大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院材料工程教授ChristopherWolverton表示，鋰錳氧化物電極容量是所有過(guò)渡金屬氧化物電極最高的一種，其容量是當(dāng)今手機(jī)與筆記本電腦電池的兩倍，穩(wěn)定這類高容量特性可讓未來(lái)車用鋰離子電池性能突飛猛進(jìn)。

在鋰電池中，鋰離子會(huì)在陰極與陽(yáng)極之間不斷往返，其中陰極由鋰離子、過(guò)渡金屬和氧化物制成，當(dāng)鋰離子抵達(dá)陰極并要返回陽(yáng)極時(shí)，鈷等過(guò)渡金屬就會(huì)進(jìn)行儲(chǔ)存與釋放電能，而陰極容量則會(huì)受到過(guò)渡金屬中的電子數(shù)限制。

氧氣為電池高容量關(guān)鍵

法國(guó)研究團(tuán)隊(duì)在2016年首次提出高容量鋰──二氧化錳電池，利用較便宜的錳金屬取代傳統(tǒng)又昂貴的鈷，研發(fā)出成本更低、容量更高的電極。然而該電池雖然擁有高容量電極，但是并不持久，電池性能在前兩次充放電循環(huán)就顯著下降，因此研究人員認(rèn)為該電池尚不能商業(yè)化，他們也無(wú)法確切得知為何電極容量比較高與快速退化因素。

Wolverton團(tuán)隊(duì)詳細(xì)研究陰極原子圖（atompicture）后，發(fā)現(xiàn)陰極高容量之謎──材料強(qiáng)制讓氧氣參與反應(yīng)，因此電極除了過(guò)渡金屬之外，還利用氧氣來(lái)儲(chǔ)存電能和放電，如此一來(lái)電池便具有更高容量和可利用更多鋰離子。

得出電極高容量背后原因之后，團(tuán)隊(duì)開(kāi)始研究如何穩(wěn)定電池，團(tuán)隊(duì)成員兼論文第一作者ZhenpengYao指出，研究憑借各種充電知識(shí)與高通量（high-throughput）運(yùn)算來(lái)分析掃描元素周期表，用新方法來(lái)合成化合物與潛力元素，并找出提升電池性能關(guān)鍵。

▲陰極結(jié)構(gòu)示意圖，其中鋰為紅色、氧與錳是綠色跟紫色，鉻與釩則分別是深藍(lán)色與淺藍(lán)色。

研究運(yùn)算結(jié)果直指鉻和釩金屬，團(tuán)隊(duì)則認(rèn)為把該元素與鋰錳氧化物混合后，就能產(chǎn)生穩(wěn)定化合物，進(jìn)而維持電極高容量。未來(lái)Wolverton團(tuán)隊(duì)將會(huì)進(jìn)一步測(cè)試這些理論化合物。目前該研究已發(fā)表在《ScienceAdvances》。