探尋原子結(jié)構(gòu) 阿貢研發(fā)新電池正極材料

近日，美國(guó)能源部阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室表示，他們正在利用先進(jìn)光子源產(chǎn)生的X射線，從三個(gè)不同維度檢測(cè)下一代電池正極材料的晶體微結(jié)構(gòu)。根據(jù)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的官方描述，這項(xiàng)研究可能會(huì)徹底改變汽車、交通和電網(wǎng)的儲(chǔ)能狀況。

據(jù)悉，本次實(shí)驗(yàn)的研究人員來自材料科學(xué)、化學(xué)科學(xué)與工程、數(shù)據(jù)科學(xué)和X射線科學(xué)，跨學(xué)科合作可提供電池材料與化學(xué)、X射線散射、計(jì)算機(jī)編程和復(fù)雜數(shù)據(jù)分析等方面的專業(yè)知識(shí)。阿爾貢材料科學(xué)部首席研究員雷蒙德·奧斯本和斯蒂芬·羅森克蘭茲表示:“這是一個(gè)大規(guī)模科學(xué)合作的好例子，充分利用了阿爾貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的多學(xué)科團(tuán)隊(duì)和世界一流的設(shè)施來解決復(fù)雜的問題。”

這個(gè)研究項(xiàng)目的結(jié)果是一個(gè)重要的新工具。在尋找更好的陰極材料時(shí)，科學(xué)家利用X射線和電子衍射來確定鋰離子或其他嵌入劑如何形成長(zhǎng)程有序結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)會(huì)阻礙金屬離子在陰極的運(yùn)動(dòng)，從而阻礙金屬離子在循環(huán)過程中的抽出和插入，導(dǎo)致電池性能下降。澄清這些原因后，研究人員可以進(jìn)一步提高電池性能。

研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為鈉離子電池是鋰離子電池的替代品。成員們?cè)趯?shí)驗(yàn)中測(cè)量了高能X射線在晶體中的散射，并確定了不同溫度下晶體結(jié)構(gòu)中鈉離子之間的短程相關(guān)性。Rosenkranz認(rèn)為，這些發(fā)現(xiàn)使人們對(duì)有序-無序轉(zhuǎn)變?nèi)绾蜗拗柒c離子的遷移率有了更好的理解，從而提高了電池陰極的性能。"