提升電池容量研究取得重大突破
由香港城市大學(xué)（城大）領(lǐng)導(dǎo)的聯(lián)合研究團(tuán)隊在電池技術(shù)領(lǐng)域取得重大突破，將對未來能源發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。
這項新發(fā)展克服了長期存在的電壓衰減難題，有助大幅提升能源儲存容量。
鋰離子電池廣泛應(yīng)用於電子設(shè)備，富鋰錳基層狀氧化物因其高容量及低成本特性，大有潛力作為鋰離子電池正極材料。然而由於電壓衰減問題長期未能解決，對其應(yīng)用構(gòu)成阻礙。
物理學(xué)系系主任兼講座教授任洋教授、同系劉奇教授及其研究團(tuán)隊?wèi){著釋放富鋰錳基正極材料的潛力，解決了這一難題。在研究中，他們增加了正極材料中獨特蜂窩結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，使電池更持久和高效。這些成果大有可能改變?nèi)藗優(yōu)樵O(shè)備供電的方式，並引領(lǐng)高能正極材料的開發(fā)進(jìn)入新階段。
研究成果已於期刊《自然能源》上發(fā)表，題為「電壓衰減程度輕微的富鋰層狀氧化物正極」。
團(tuán)隊運用創(chuàng)新方法，穩(wěn)定原子層面的蜂窩結(jié)構(gòu)。他們透過向正極材料加入額外的過渡金屬離子，增強(qiáng)蜂窩結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，達(dá)致每個循環(huán)僅為0.02毫伏、近乎沒有的電壓衰減。這是首次研發(fā)出如此低程度電壓衰減的富鋰錳基正極材料。
團(tuán)隊透過先進(jìn)的原子尺度測量與計算，發(fā)現(xiàn)這些層間過渡金屬離子在蜂窩結(jié)構(gòu)的上方或下方起到「帽子」的作用，可防止陽離子遷移並保持穩(wěn)定。即使在高截止電壓和整個循環(huán)過程中，結(jié)構(gòu)亦能保持完好，確保電池的結(jié)構(gòu)完整性。
劉教授表示：「我們的研究解決了富鋰錳基正極的電壓衰減問題，其容量幾乎是廣泛使用的正極材料的兩倍，最終可為更強(qiáng)大和持久的儲能解決方案開闢道路?！?/p>
研究成果對多種應(yīng)用均有巨大潛力，包括為電動汽車以至便攜式電子產(chǎn)品充電。團(tuán)隊下一步將擴(kuò)大製造過程，實現(xiàn)大規(guī)模電池生產(chǎn)。
論文的第一作者是城大物理學(xué)系博士後羅冬博士、博士生殷子迦、南京理工大學(xué)朱賀博士（前城大物理學(xué)系博士後）及美國西北大學(xué)/波特蘭州立大學(xué)夏屹博士。通訊作者是任教授、劉教授、美國阿貢國家實驗室陸文泉教授及美國西北大學(xué)Christopher M. Wolverton教授。其他合作者還有來自中國科學(xué)院、清華大學(xué)和蘭州大學(xué)的研究人員。