日本UNIST寻找锂离子电池中的阳离子替代物 以提升电池放电容量

盖世汽车的锂离子电池可以为智能手机、电动汽车等提供电力。随着技术的进步，这种电池发生了重大变化，彻底改变了我们的世界。下一步是开发更好的电池，为电子设备提供更耐用的电力。提高电池性能的一种很有前途的技术是正极材料中阳离子的原子取代。然而，要进行系统的实验并确定理想的不同取代基阳离子，过程复杂且成本高昂，并且只能通过模拟来缩小选择范围。

先前的研究报告称，使用基于模拟的方法可以提高电池寿命和热稳定性。然而，这反过来又降低了电池的放电容量，这是电池在一次放电中可以提供的能量。因此，有必要进行广泛的研究，以提高阳离子替代品的放电能力。由日本高等科学技术研究所教授Ryo Maezono领导的研究团队广泛筛选了不同的阳离子，以部分取代镍基锂离子电池中的镍，并提高电池的放电能力。Maezono教授说：“放电容量可以通过放电曲线来确定。放电曲线是充放电过程中的电压变化。我们使用第一性原理计算来评估材料的放电曲线。然而，这些计算非常昂贵，因此我们集成了其他方法来减少阳离子替代物的选择。据我们所知，这项研究取得了成功ly首次预测了阳离子替代物，从而提高了电池容量。“通过“严格约束和适当规范”（SCAN）的重要战略在功能上，可以成功地预测放电电压曲线。然而，由于计算成本高，使用这种方法进行广泛的筛选是不切实际的。因此，该团队首先使用低成本技术，如密度泛函理论和簇扩展方法，来确定合适的阳离子取代候选者，然后应用SCAN泛函来推断候选者，以确保预测电压的可靠性和准确性。通过筛选过程可以看出，在镍基锂离子电池中，用铂和钯部分取代镍可以获得最佳的放电容量。这些结果与实验数据一致，验证了所提出的方法。研究人员强调进行深入研究的必要性，并对低成本的筛查过程持乐观态度。Maezono教授表示：研究结果表明，铼和锇等取代基具有较高的放电容量。然而，这些元素稀有且昂贵，使得它们的实际应用具有挑战性。需要进一步的研究才能通过少量取代、多元素取代或阴离子取代达到同样的效果。我们的创新计算技术将加速寻找最佳材料，以更低的成本提高电池性能，使我们能够使用无碳材料替代目前的大部分电力资源

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