阿贡团队开发新分析技术 寻找下一代电池正极材料

点击数:7 发布时间:2019-12-03
美国阿贡国家实验室团队开发强大的新分析技术,在三维空间中探测晶体微结构,寻找下一代电池正极材料,此举或将完全改变运输和电网储能方式。
阿贡团队开发新分析技术 寻找下一代电池正极材料

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(图源:阿贡官网)

 据外媒报道,美国阿贡国家实验室团队开发强大的新分析技术,在三维空间中探测晶体微结构,寻找下一代电池正极材料,此举或将完全改变运输和电网储能方式。

研究人员分别来自阿贡的四个部门:材料科学系、化学科学和工程系、数据科学和研究系、X射线科学系。材料科学系的博士后提名人Matthew Krogstad负责关键工作。通过同步加速器中心的高功率X射线束进行研究,是取得成功的重要因素。

这一多学科合作项目通过新工具,探索“嵌入”过程中发生的事情。当电池发电时,离子插入正极层体之间;接下来是“脱嵌”过程,当电池充电时,从正极中提取相同的离子。传统锂离子电池就是通过这个过程工作的。为了寻找更好的正极材料,科学家们利用X射线和电子衍射,确定锂离子或其他插入物如何形成长程有序结构。这种结构阻碍正极内金属离子的移动,影响金属离子在循环过程中的提取和插入,降低了电池性能。

在本项目中,研究团队首先制备嵌入钠离子的层状氧化钒正极材料单晶。钠储量丰富且成本更低,因此钠离子电池被认为是锂离子电池的替代品。三维“图像”显示,钠离子在氧化钒原子的分离列中呈锯齿形。当温度降到室温以下时,晶体结构中的原子变得更加有序化。在钠电池中,离子会沿着这些锯齿形通道扩散。阿贡材料科学系的Raymond Osborn解释说:“锯齿状裂痕越大,离子的迁移率就越高。离子迁移率越高,正极材料的性能越好。”

Rosenkranz表示:“通过这些发现,我们可以进一步了解,有序-无序转变如何限制钠离子的移动。研究人员也可以通过测量结果来评估策略有效性,以减少不良影响,提高正极性能。我们的研究集中在钠离子电池正极材料上,但是,这些方法也适用于研究其他众多晶体材料。”