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

盖世汽车讯锂离子电池可以为智能手机和电动汽车提供动力。随着科技的进步，这种电池发生了显著的变化，彻底改变了我们的世界。下一步是开发更好的电池，为电子设备提供更持久的电力。一项有希望提高电池性能的技术是用阴极材料中的原子取代阳离子。然而，系统地进行实验和确定不同取代基的理想阳离子是复杂和昂贵的，并且只能通过模拟来缩小选择范围。

(来源:phys.org)

先前的研究已经报道了通过使用基于模拟的方法可以提高电池寿命和热稳定性。但是，这反过来会降低电池的放电容量，即电池在一次放电中所能提供的能量。因此，必须进行大量的研究来提高阳离子替代品的放电容量。

日本高级科学技术研究所(JAIST)Ryo Maezono教授领导的研究小组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，提高电池的放电容量。Maezono教授说:“通过放电曲线，可以确定放电能力。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。但是这些计算方法都非常昂贵，所以我们整合其他方法来减少阳离子替代物的选项。据我们所知，这项研究首次成功预测了阳离子替代品，从而提高了电池容量。”

通过“严格约束和适当规范”(SCAN)泛函的重要策略，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，来确定合适的阳离子替换候选物，然后应用扫描泛函来推断候选物，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，用铂和钯部分替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。

研究人员强调了进一步研究的必要性，并对低成本筛选过程持乐观态度。Maezono教授说:“研究结果表明，铼和锇等取代基具有很高的放电容量。然而，这些元素既稀有又昂贵，因此将其投入实际应用具有挑战性。经过进一步研究，在少量替代、多元素替代或阴离子替代的情况下，也能达到同样的效果。我们创新的计算技术将加速寻找最佳材料，并以更低的成本提高电池性能，使我们能够用无碳替代品取代当前的大部分电力资源。”盖世汽车讯锂离子电池可以为智能手机和电动汽车提供动力。随着科技的进步，这种电池发生了显著的变化，彻底改变了我们的世界。下一步是开发更好的电池，为电子设备提供更持久的电力。一项有希望提高电池性能的技术是用阴极材料中的原子取代阳离子。然而，系统地进行实验和确定不同取代基的理想阳离子是复杂和昂贵的，并且只能通过模拟来缩小选择范围。

(来源:phys.org)

先前的研究已经报道了通过使用基于模拟的方法可以提高电池寿命和热稳定性。但是，这反过来会降低电池的放电容量，即电池在一次放电中所能提供的能量。因此，必须进行大量的研究来提高阳离子替代品的放电容量。

日本高级科学技术研究所(JAIST)Ryo Maezono教授领导的研究小组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，提高电池的放电容量。Maezono教授说:“通过放电曲线，可以确定放电能力。Th……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。但是这些计算方法都非常昂贵，所以我们整合其他方法来减少阳离子替代物的选项。据我们所知，这项研究首次成功预测了阳离子替代品，从而提高了电池容量。"

通过“严格约束和适当规范”(SCAN)泛函的重要策略，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，来确定合适的阳离子替换候选物，然后应用扫描泛函来推断候选物，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，用铂和钯部分替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。

研究人员强调了进一步研究的必要性，并对低成本筛选过程持乐观态度。Maezono教授说:“研究结果表明，铼和锇等取代基具有很高的放电容量。然而，这些元素既稀有又昂贵，因此将其投入实际应用具有挑战性。经过进一步研究，在少量替代、多元素替代或阴离子替代的情况下，也能达到同样的效果。我们创新的计算技术将加速寻找最佳材料，并以更低的成本提高电池性能，使我们能够用无碳替代品取代当前的大部分电力资源。”

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