探尋原子結(jié)構(gòu) 阿貢研發(fā)新電池正極材料

近日，美國能源部阿貢國家實驗室表示，他們正在利用先進光子源產(chǎn)生的X射線，從三個不同維度檢測下一代電池正極材料的晶體微結(jié)構(gòu)。根據(jù)阿貢國家實驗室的官方描述，這項研究可能會徹底改變汽車、交通和電網(wǎng)的儲能狀況。

據(jù)悉，本次實驗的研究人員來自材料科學、化學科學與工程、數(shù)據(jù)科學和X射線科學，跨學科合作可提供電池材料與化學、X射線散射、計算機編程和復雜數(shù)據(jù)分析等方面的專業(yè)知識。阿爾貢材料科學部首席研究員雷蒙德·奧斯本和斯蒂芬·羅森克蘭茲表示:“這是一個大規(guī)模科學合作的好例子，充分利用了阿爾貢國家實驗室的多學科團隊和世界一流的設(shè)施來解決復雜的問題。”

這個研究項目的結(jié)果是一個重要的新工具。在尋找更好的陰極材料時，科學家利用X射線和電子衍射來確定鋰離子或其他嵌入劑如何形成長程有序結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)會阻礙金屬離子在陰極的運動，從而阻礙金屬離子在循環(huán)過程中的抽出和插入，導致電池性能下降。澄清這些原因后，研究人員可以進一步提高電池性能。

研究團隊認為鈉離子電池是鋰離子電池的替代品。成員們在實驗中測量了高能X射線在晶體中的散射，并確定了不同溫度下晶體結(jié)構(gòu)中鈉離子之間的短程相關(guān)性。Rosenkranz認為，這些發(fā)現(xiàn)使人們對有序-無序轉(zhuǎn)變?nèi)绾蜗拗柒c離子的遷移率有了更好的理解，從而提高了電池陰極的性能。"