阴极氧化研究颠覆电池现状思考

科学家们在理解和克服与锂离子电池中使用的富镍正极材料相关的挑战方面取得了重大突破。

这些材料具有实现高电压和高容量的潜力，但其实际应用受到结构不稳定和氧损失的阻碍。

他们的研究表明，“氧空穴”的形成（氧离子失去电子的地方）在LiNiO ₂阴极的降解中起着至关重要的作用，加速了氧气的释放，从而进一步降解了阴极材料。

研究人员在英国地区超级计算机上使用了一套最先进的计算技术，研究了 LiNiO ₂阴极在充电时的行为。他们发现，在充电过程中，材料中的氧发生变化，而镍电荷基本保持不变。

伯明翰大学的合著者安德鲁·J·莫里斯教授评论道：“我们发现，无论镍离子是带电还是放电形式，镍离子的电荷都保持在 +2 左右。同时，氧的电荷在 -1.5 到 -1 之间变化。

“这是不寻常的，传统模型假设氧气在整个充电过程中保持在-2，但这些变化表明氧气不是很稳定，我们已经找到了它离开富镍阴极的途径。”

研究人员将他们的计算结果与实验数据进行了比较，发现他们的结果与观察到的结果非常吻合。他们提出了一种在此过程中如何损失氧气的机制，涉及氧自由基的结合形成过氧化物离子，然后将其转化为氧气，在材料中留下空位。这个过程释放能量并形成单线态氧，这是一种高度反应性的氧形式。

第一作者、剑桥大学的 Annalena Genreith-Schriever 博士补充道：“通过添加减少氧氧化还原的掺杂剂，同时促进过渡金属氧化还原，特别是在表面，减少单线态氧的产生，我们可以提高此类锂离子电池的稳定性和寿命，为更高效、更可靠的储能系统铺平道路。”

锂离子电池因其高能量密度和可充电性而被广泛用于各种应用，但与正极材料稳定性相关的挑战阻碍了其整体性能和使用寿命。

来自伯明翰大学、剑桥大学、华威大学以及迪德科特法拉第研究所的研究人员今天（7 月 19 日）在《焦耳》杂志上发表了他们的研究结果。