据国外媒体报道，康奈尔大学的研究人员发现了长期限制钠离子电池耐用性的根本原因，并为制造商提供了赋能21世纪的新策略。
(图片来源:Jason Huang)
钠离子电池由丰富的材料制成，具有能量密度大、不易燃、低温运行良好等特点，因此在电动汽车、能源电网等应用领域是一项非常有前景的技术。但是工程师说电池的化学反应还不够完美。虽然现代电子产品中的锂离子电池可以充电上千次，但大部分钠离子电池只能循环其中的一小部分。
它的耐久性很差，因为当离子穿过电池的无序晶体结构并最终破坏该结构时，特定的原子复合P2-O2将改变相。虽然研究人员对相变很感兴趣，但其背后的机制一直很难研究，特别是在电池运行期间。
康奈尔大学的研究小组发现，随着钠离子在电池中的移动，单个粒子中晶体层的错误取向会增加，然后这些层会在P2-O2相变之前突然对齐。材料科学与工程助理教授Andrej Singer说:“我们发现了一种新的关键机制。在电池充电过程中，原子会突然重新排列，促进有缺陷的相变。”
通过使用康奈尔高能同步加速器光源，该团队开发了一种新的X射线成像技术，因此它可以观察到这种现象，从而可以实时和大规模地观察电池样本中单个粒子的行为。
辛格说:“意想不到的原子排列在传统的粉末X射线衍射测量中是不可见的，因为它需要看到单个阴极纳米粒子的内部。但是今天的高通量数据允许我们揭示这种微妙但关键的机制。”
基于这一发现，研究小组对其使用的钠离子电池类型提出了新的设计方案，并计划在未来的研究项目中对其进行调查。该研究的第一作者、博士生杰森·黄(Jason Huang)表示，解决方案之一是修改电池的化学成分，并在缺陷跃迁阶段之前向粒子引入一种战略无序。
Jason Huang说:“通过改变我们的过渡金属(如镍和锰)的比例，我们可以引入一些无序，并将我们观察到的有序效应降至最低。”
黄说，新的表征技术可用于揭示其他纳米粒子系统中的复杂相行为，但其最佳应用可能仍是在下一代储能技术中。黄说:“我们将进一步了解钠离子电池，并推动相关尖端技术的发展。通过使用这些知识，我们可以设计出更好的电池，从而开启未来的实际应用。”据国外媒体报道，康奈尔大学的研究人员发现了长期限制钠离子电池耐用性的根本原因，并为制造商提供了赋能21世纪的新策略。
(图片来源:Jason Huang)
钠离子电池由丰富的材料制成，具有能量密度大、不易燃、低温运行良好等特点，因此在电动汽车、能源电网等应用领域是一项非常有前景的技术。但是工程师说电池的化学反应还不够完美。虽然现代电子产品中的锂离子电池可以充电上千次，但大部分钠离子电池只能循环其中的一小部分。
它的耐久性很差，因为当离子穿过电池的无序晶体结构并最终破坏该结构时，特定的原子复合P2-O2将改变相。虽然研究人员对相变很感兴趣，但其背后的机制一直很难研究，特别是在电池运行期间。
康奈尔大学的研究小组发现，随着钠离子在电池中的移动，单个粒子中晶体层的错误取向会增加，然后这些层会在P2-O2相变之前突然对齐。材料科学与工程助理教授Andrej Singer说:“我们发现了一种新的关键机制。在电池充电过程中，原子会突然重新排列，促进有缺陷的相变……"
通过使用康奈尔高能同步加速器光源，该团队开发了一种新的X射线成像技术，因此它可以观察到这种现象，从而可以实时和大规模地观察电池样本中单个粒子的行为。
辛格说:“意想不到的原子排列在传统的粉末X射线衍射测量中是不可见的，因为它需要看到单个阴极纳米粒子的内部。但是今天的高通量数据允许我们揭示这种微妙但关键的机制。”
基于这一发现，研究小组对其使用的钠离子电池类型提出了新的设计方案，并计划在未来的研究项目中对其进行调查。该研究的第一作者、博士生杰森·黄(Jason Huang)表示，解决方案之一是修改电池的化学成分，并在缺陷跃迁阶段之前向粒子引入一种战略无序。
Jason Huang说:“通过改变我们的过渡金属(如镍和锰)的比例，我们可以引入一些无序，并将我们观察到的有序效应降至最低。”
黄说，新的表征技术可用于揭示其他纳米粒子系统中的复杂相行为，但其最佳应用可能仍是在下一代储能技术中。黄说:“我们将进一步了解钠离子电池，并推动相关尖端技术的发展。通过使用这些知识，我们可以设计出更好的电池，从而开启未来的实际应用。”
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