研究团队首次直接观察阴离子氧化还原反应 有助于打造更安全、更节能的锂离子电池

据国外媒体报道，一个国际合作团队首次直接观测到锂电池材料中的阴离子氧化还原反应。这项研究为改进现有的电池阴极和提出新的设计开辟了道路。

(来源:卡内基梅隆大学)

为了使飞机和重型车辆电气化，需要能量密度更高的电池。据研究小组称，为了大幅提高电池技术，有必要进行范式转变。这就需要富锂阴极的阴离子还原氧化机制。

参与这项研究的机构包括卡耐基梅隆大学、东北大学和芬兰拉彭兰塔理工大学(LUT)。以及群马大学、JASRI、横滨国立大学、京都大学、立命馆大学等日本院校。

富锂氧化物是一种很有前途的正极材料，已被证明具有较高的储存容量。然而，电池材料必须能够快速充电，在极端温度下保持稳定，并可靠地循环数千次。为了解决这些问题，科学家需要知道这些氧化物在原子水平上是如何工作的，以及它们潜在的电化学机制。研究人员表示，高能量密度阴极设计代表了电池发展的下一个前沿。

普通锂离子电池通过阳离子氧化还原工作，随着锂的插入或移除，金属离子会改变其氧化态。在这个插入框架中，每个金属离子只能储存一个锂离子。然而，富含锂的阴极可以储存更多，研究人员将其归因于阴离子氧化还原机制。在这种情况下，它是氧氧化还原。这种机制归功于材料的高容量，其储能几乎是传统阴极的两倍。

该小组使用康普顿散射为氧化还原机制提供证据。康普顿散射是指光子与粒子(通常是电子)相互作用后偏离直线轨道的现象。研究人员在由JASRI运营的世界上最大的第三代同步辐射装置SPring-8中进行了复杂的理论和实验研究。同步辐射由窄而强的电磁辐射束组成。当电子束被加速到(几乎)光速，并在磁场的作用下被迫沿弯曲路径行进时，就会产生这些电磁辐射束，从而使康普顿散射可见。

研究人员观察了位于可逆和稳定阴离子氧化还原活动核心区域的电子轨道是如何成像和可视化的，以及它们的特征和对称性是如何确定的。这项科学突破将彻底改变未来的电池技术。先前的研究提出了关于阴离子氧化还原机理的其他解释，但没有进行标准的实验测量，因此与氧化还原反应相关的量子力学电子轨道不能清楚地反映出来。

研究团队首次获得了关于氧化还原特性的一致理论和实验结果。主要研究人员Hasnain Hafiz说:“我们的分析可以描述氧化还原机制中的氧状态，这对电池研究非常重要。”

研究人员Venkat Viswanathan表示:“我们已经获得了确凿的证据来支持富锂电池材料中的阴离子氧化还原机制。我们的研究在原子水平上清晰地阐述了富锂电池的工作原理，并提出了设计下一代阴极的途径。高能量密度阴极设计是电池领域的下一个发展前沿。”据国外媒体报道，一个国际合作团队首次直接观测到锂电池材料中的阴离子氧化还原反应。这项研究为改进现有的电池阴极和提出新的设计开辟了道路。

(来源:卡内基梅隆大学)

为了使飞机和重型车辆电气化，需要能量密度更高的电池。据研究小组称，为了大幅提高电池技术，有必要进行范式转变。这就需要富锂阴极的阴离子还原氧化机制。

参与这项研究的机构包括卡耐基梅隆大学、东北大学和芬兰拉彭兰塔理工大学(LUT)。以及群马大学、JASRI、横滨国立大学、京都大学、立命馆等日本院校……大学。

富锂氧化物是一种很有前途的正极材料，已被证明具有较高的储存容量。然而，电池材料必须能够快速充电，在极端温度下保持稳定，并可靠地循环数千次。为了解决这些问题，科学家需要知道这些氧化物在原子水平上是如何工作的，以及它们潜在的电化学机制。研究人员表示，高能量密度阴极设计代表了电池发展的下一个前沿。

普通锂离子电池通过阳离子氧化还原工作，随着锂的插入或移除，金属离子会改变其氧化态。在这个插入框架中，每个金属离子只能储存一个锂离子。然而，富含锂的阴极可以储存更多，研究人员将其归因于阴离子氧化还原机制。在这种情况下，它是氧氧化还原。这种机制归功于材料的高容量，其储能几乎是传统阴极的两倍。

该小组使用康普顿散射为氧化还原机制提供证据。康普顿散射是指光子与粒子(通常是电子)相互作用后偏离直线轨道的现象。研究人员在由JASRI运营的世界上最大的第三代同步辐射装置SPring-8中进行了复杂的理论和实验研究。同步辐射由窄而强的电磁辐射束组成。当电子束被加速到(几乎)光速，并在磁场的作用下被迫沿弯曲路径行进时，就会产生这些电磁辐射束，从而使康普顿散射可见。

研究人员观察了位于可逆和稳定阴离子氧化还原活动核心区域的电子轨道是如何成像和可视化的，以及它们的特征和对称性是如何确定的。这项科学突破将彻底改变未来的电池技术。先前的研究提出了关于阴离子氧化还原机理的其他解释，但没有进行标准的实验测量，因此与氧化还原反应相关的量子力学电子轨道不能清楚地反映出来。

研究团队首次获得了关于氧化还原特性的一致理论和实验结果。主要研究人员Hasnain Hafiz说:“我们的分析可以描述氧化还原机制中的氧状态，这对电池研究非常重要。”

研究人员Venkat Viswanathan表示:“我们已经获得了确凿的证据来支持富锂电池材料中的阴离子氧化还原机制。我们的研究在原子水平上清晰地阐述了富锂电池的工作原理，并提出了设计下一代阴极的途径。高能量密度阴极设计是电池领域的下一个发展前沿。”

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