富含锂的材料可能是更可持续的高性价比电池的关键

美国能源部(DOE)阿贡国家实验室的一组研究人员表示，使用富含锂的材料的下一代电池可能更具可持续性和成本效益。

这项重要的发现旨在增进对运输和网格存储的先进材料的理解，该文章发表在6月24日于《富锂氧化物中的磁滞预兆：阳离子迁移的阴离子活性或缺陷化学》一文中。电源杂志。

“富含锂的氧化物提供了比许多当前技术更可持续和更具成本效益的选择的可能性，因为它们可以主要由地球上富集的元素制成，锰是最有希望的候选者，”物理学家JasonR.Croy说。Argonne的化学科学与工程(CSE)部门。

锂离子电池在充电和放电时依靠锂在电极(阴极和阳极)之间的移动。移动更多的锂(最初包含在阴极中并由阴极提供)，将产生更多的可用于设备(​​如电话，计算机和汽车)的电流。一类很有前途的阴极材料，称为富锂氧化物，包括比当前使用的氧化物含有更多锂的材料。此外，它们还由大量富含地球的元素(例如锰)组成。

电池运行时，元素在锂，锰，钛，氧和氟等氧化物中以原子级排列的复杂方式导致了独特的过程。最值得注意的是氧气参与了帮助产生电流的过程，这在传统的锂离子电池中是不会发生的，但这是富含锂的氧化物可以利用大量锂的主要原因之一。这些阴极的一个缺点是在充电和放电之间出现能量效率低下或“滞后”的现象。具体地说，这意味着为电池充电所需的能量大于放电时获得的能量。

到目前为止，研究界普遍认为氧气的缺乏是造成这种效率低下的原因，并且改善这些材料的努力集中在氧气上。尽管这些努力导致了更好的材料设计的进步，但所有此类氧化物中都存在磁滞现象。

为了增进我们对磁滞现象的理解并获得对其他起重要作用的机理的见解，研究人员设计了一种基于富锂氧化物模型的实验。该材料是模型，因为它包含大量的锂，并且在充电和放电之间显示出磁滞现象;然而，氧气不参与电池的充电/放电过程。通过对该系统的设计以及工作单元的理论计算和测量，研究小组表明，元素(在这种情况下为钛和铬)在氧化物内某些位置之间的运动是这种材料滞后的唯一原因，而不是直接涉及氧气的过程。这很重要，因为所有富锂材料都形成相似的原子级构型，而与氧无关。

研究人员希望这些发现能引起人们对这些类型机制的关注，并为将这些材料推向实际应用产生新的见解，想法和设计。

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