据国外媒体报道，一个国际团队找到了由复杂过渡金属富锂氧化物制成的锂离子电池在充放电循环过程中出现能量损失的原因。该团队由Skoltech和来自法国、美国和瑞士的研究人员组成。这项新的研究表明，充放电过程中工作电压的差异导致能量效率低，这是由于镍中间体的寿命长及其动力学阻碍。
(来源:Skoltech)
随着电动汽车行业的快速发展，为了增加单次充电的续航里程，对锂离子电池的能量密度要求也更高。下一代动力电池基于领先的阴极材料，如富含锂的过渡金属复合氧化物。由于过渡金属(镍和钴)的阳离子和氧离子参与氧化还原反应，这种阴极材料目前保持了比容量记录。但在电池运行过程中，电压滞后(即充放电电压差)导致能量损失，影响其实际应用。
研究人员表示，在锂离子电池充电过程中，带正电荷的锂离子会离开它们在阴极材料结构上的位置，并在电池放电时回到它们原来的位置。为了保持阴极材料电中性，它应该释放或吸收相同数量的电子。这项研究表明，在很大程度上，动力学障碍和能量障碍是由电子转移引起的，而不仅仅是锂离子的迁移。金属离子和氧原子之间的电子转移特别慢，造成能量损失。
为了捕获这些长寿命的电子态，研究人员首先排除了其他可能导致滞后的原因，例如过渡金属离子迁移导致阴极晶体结构的变化。通过高分辨率的透射电子显微镜，也就是先进的成像核心设施Titan Themiz显微镜，可以获得确凿的证据，证明这种不可逆的过程不会发生。Titan Themis Z的空间分辨率高达0.06 nm，可以获得晶体结构的原子分辨率图像。
这台显微镜本身就是一个材料科学实验室，可以用各种高度局域化的方式分析材料。在这项研究中，研究人员不仅使用了结构图像，还分析了镍和钛离子以及氧离子在不同电池充电状态下的电子状态。发现正是被氧化的镍离子形成了长寿命的电子态。后来其他光谱分析方法也证实了这一点。
高级成像核心设施负责人Yaroslava Shakhova说:“这项研究表明，现代透射电子显微镜在研究具有很高实用价值的材料方面可以发挥独特的作用。开发具有独特功能的材料，从局域层面了解晶体和电子结构，意义重大。Skoltech有能力进行这方面的研究，这是其重要的竞争优势。”
1据国外媒体报道，一个国际团队发现了由复杂过渡金属富锂氧化物制成的锂离子电池在充放电循环过程中出现能量损失的原因。该团队由Skoltech和来自法国、美国和瑞士的研究人员组成。这项新的研究表明，充放电过程中工作电压的差异导致能量效率低，这是由于镍中间体的寿命长及其动力学阻碍。
(来源:Skoltech)
随着电动汽车行业的快速发展，为了增加单次充电的续航里程，对锂离子电池的能量密度要求也更高。下一代动力电池基于领先的阴极材料，如富含锂的过渡金属复合氧化物。由于过渡金属(镍和钴)的阳离子和氧离子参与氧化还原反应，这种阴极材料目前保持了比容量记录。但在电池运行过程中，电压滞后(即充放电电压差)导致能量损失，影响其实际应用。
研究人员说……锂离子电池在充电过程中，带正电的锂离子会离开其在正极材料结构上的位置，在电池放电时又回到原来的位置。为了保持阴极材料电中性，它应该释放或吸收相同数量的电子。这项研究表明，在很大程度上，动力学障碍和能量障碍是由电子转移引起的，而不仅仅是锂离子的迁移。金属离子和氧原子之间的电子转移特别慢，造成能量损失。
为了捕获这些长寿命的电子态，研究人员首先排除了其他可能导致滞后的原因，例如过渡金属离子迁移导致阴极晶体结构的变化。通过高分辨率的透射电子显微镜，也就是先进的成像核心设施Titan Themiz显微镜，可以获得确凿的证据，证明这种不可逆的过程不会发生。Titan Themis Z的空间分辨率高达0.06 nm，可以获得晶体结构的原子分辨率图像。
这台显微镜本身就是一个材料科学实验室，可以用各种高度局域化的方式分析材料。在这项研究中，研究人员不仅使用了结构图像，还分析了镍和钛离子以及氧离子在不同电池充电状态下的电子状态。发现正是被氧化的镍离子形成了长寿命的电子态。后来其他光谱分析方法也证实了这一点。
高级成像核心设施负责人Yaroslava Shakhova说:“这项研究表明，现代透射电子显微镜在研究具有很高实用价值的材料方面可以发挥独特的作用。开发具有独特功能的材料，从局域层面了解晶体和电子结构，意义重大。Skoltech有能力进行这方面的研究，这是其重要的竞争优势。”
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