对用于高能电动汽车电池的富锂阴极材料如何在高压下储存电荷的新见解

用于电动汽车的高能蓄电池需要高容量电池正极。新的锂过量富镁阴极有望取代现有的富镍阴极，但了解镁和氧如何在高压下适应电荷存储对于它们的成功适应至关重要。由华威大学 WMG 领导的研究与美国研究人员合作，采用了一系列 X 射线研究来确定氧离子而不是镁离子正在促进电荷存储。到 2030 年，只有电动汽车将投入生产，这意味着制造商正在竞相制造价格合理且充电效率高的高能电池，但传统电池阴极无法达到 500Wh/Kg 的目标。锂过剩阴极提供了达到 500Wh/Kg 的能力公斤，但释放它们的全部容量意味着了解它们如何在高压下储存电荷。华威大学 WMG 领导的一项新的 X 射线研究有 res解决了金属和氧气如何促进高压下的电荷存储。电动汽车总有一天会在英国道路上占据主导地位，并且对于消除二氧化碳排放至关重要，但汽车制造商面临的一个主要问题是如何制造价格合理且持久耐用的高能电池可以快速有效地充电。因此，人们竞相制造储能目标为 500 Wh/Kg 的 EV 电池，但如果不更换新的正极材料，这些目标是不可能实现的。尽管在过去 10 年中不断取得进展以推动 state-of 的性能- 最先进的 EV 富镍阴极，该材料无法提供所需的能量密度。为了增加容量，需要使用更多的锂，这意味着要超越镍储存电子电荷的能力。锂过量的富镁阴极提供足够的能量密度，但要最终达到 500Wh/Kg 的储能目标，我们需要了解电子电荷是怎样的存储在材料中。简而言之，电子电荷是存储在镁或氧位点上。在 2 月 17 日发表在《ACS 能源快报》上的论文“富锰碱过剩阴极中的 Mn 氧化向何处？”中，来自大学 WMG 的研究人员Warwick 在理解锂过量富镁阴极中的电荷存储方面取得了重要里程碑。涉及常规和非常规氧化还原的锂过量化合物，常规是指金属离子改变其电子密度。在不形成 O2 气体的情况下可逆地改变氧气（或氧气氧化还原）上的电子密度是非常规氧化还原。文献中存在各种计算模型，描述了涉及两者的不同机制，但最终需要在电池循环（操作）时进行仔细的 X 射线研究来验证这些模型。英国和美国的研究人员，由英国大学的 WMG 领导华威，perfo用于在高电压下精确量化镁和氧的 rmed 原位 X 射线研究。他们演示了 X 射线束如何不可逆地驱动高度氧化的镁 (Mn7+) 不可逆地在其他材料中捕获 O2 气体。在同步加速器设施中进行的原位 X 射线研究照片。图片由华威大学 WMG 友情提供然而，通过仔细的原位 X 射线研究，避免了光束损坏，并观察到在电池循环过程中锂过量阴极充电时仅形成微量的 Mn7+。来自华威大学 WMG 的 Louis Piper 教授解释说：“我们最终解决了氧气而不是金属氧化还原推动更高容量的问题，这意味着我们现在可以设计更好的策略来改善这类材料的循环和性能。”