独特的X射线仪器揭示了有关富含锂电的电池材料的新事物亚博网站下载

一个在国际研究小组劳伦斯·伯克利国家实验室美国能源部（DOE）的（伯克利实验室）在特殊的X射线仪器的帮助下，已经更好地了解了富含锂的电池材料。亚博网站下载

这种材料一亚博网站下载直是激烈研究的主题，因为它们能够扩大电子设备的运行和电动汽车范围。

该团队针对一种分析，对一种称为锂氧化锂的材料（Li₂mno₃），这是所谓的“富含锂”材料的极端情况，包括在此材料范围内最大的锂量。亚博网站下载

电池社区的新设计原理是，由富含锂的材料组成的电池电极可以使高容量，高电压操作，因为材料中存在的氧气会参与可逆的化学“氧化还原”反应，其中氧气周期循环地增益的原子会产生。亚博网站下载并失去电子。

这使电池具有更大的能力来保存和利用电荷。

但是这项研究表明，可逆反应实际上不涉及LI中的氧气₂mno₃电池运行时。

相反，对锰（材料中的另一个元素）进行的另一项研究表明，该材料潜在循环的原因可以归因于具有相对较低容量的非凡但完全的变化，此后不久之后初始充电。

这一发现提供了新的机会，可以调查锂富含锂家族以外的高能电极材料。亚博网站下载

除此之外，研究人员特别惊讶地发现材料表面上碳酸盐化合物的“部分可逆”消失和形成。

这种高反应性的表面特性表明该材料可以作为催化剂起作用，并可以使不寻常的高级电池（例如锂二氧化碳和锂空气电池）所需的可逆化学反应。

Li上注意到的碳酸盐化合物₂mno₃表面含有附着在氧原子上的碳，这意味着富含锂的材料可能是涉及二氧化碳气体的反应的有效催化剂。亚博网站下载

我们都认为令人兴奋的是，通过对该材料的基本光谱研究，我们不仅阐明了这种长期材料的反应机制，而且在概念上发现了它作为催化剂的概念不同的用途。

Wanli Yang，伯克利国家实验室高级光源高级科学家。

杨还适应了一种称为谐振非弹性X射线散射（RIX）的方法，用于这种电池分析。他甚至是该研究的合着者，是全球大规模合作的一部分。这项新研究发表在焦耳日记在3月4日^Th，2021。

一些发现表明，由于其高反应性表面，该材料实际上更适合作为催化剂。因此，我们的电池材料合作者将其作为催化剂进行了测试，发现它确实具有较高的二氧化锂和锂空气电池的性能。

伯克利国家实验室高级光源高级科学家Wanli Yang

小组在这项分析中观察到，高容量的碳酸盐循环建立在Li₂mno₃与具有标准氧化物催化剂的类似系统相比，催化剂具有更好的可逆性。

这些结果还为使用各种富含碱的材料作为其他类型的应用（包括燃料电池）的催化剂铺平了道路。亚博网站下载

高级光源的专用光束线是该研究不可或缺的。该梁线可以从根本上剖析化学反应一次，以确定哪些元素会导致反应。

高级光源是一种同步器，可以从红外到X射线中创建一系列波长或“颜色”的光。

研究人员使用RIX在电荷分离周期中以不同阶段的方式绘制样品化学。但是他们没有找到任何证据表明几位研究人员预测了这种材料的可逆氧氧化还原反应。

相反，研究人员发现氧仅参与单向氧化反应和高度活性的表面反应。

杨观察到，最新的分析推翻了许多众所周知的模型，用于解释电池电极中的氧氧化还原活性。

但是，它确实为可以使用氧氧化还原反应的各种具有成本效益的材料铺平了道路，因为发现发现富含锂电极内的氧氧化还原反应的行为与传统电极的行为相同亚博网站下载今天使用。

利用氧氧化还原反应可能会导致具有高容量，高压性能的电池。

该研究还涉及来自伯克利国家实验室，SLAC国家加速器实验室，斯坦福大学，北京大学研究生院，天津师范大学，东北大学和中国科学院中国科学院的其他研究人员。亚博老虎机网登录

这项研究由美国能源部科学办公室，美国能源部数据，人工智能和机器学习机器的资助亚博老虎机网登录中国基金会。

这项研究在斯坦福大学进行，还由美国能源部基础能源科学办公室，材料科学和工程部门资助。亚博网站下载亚博老虎机网登录Advanced Light Source是伯克利实验室的科学用户设施办公室。亚博老虎机网登录

期刊参考：

Z.等。（2021）LI的骑自行车机制₂mno₃：li – co₂电池和阴极材料中的氧氧化还原上的共性。亚博网站下载焦耳。doi.org/10.1016/j.joule.2021.02.004。

来源：https://www.lbl.gov/