“研究人员开发新理论 解释锂离子电池能效低的原因”

据盖世太尔新闻报道，包括两名斯科沃理工大学( skoltech )的科学家在内的国际研究小组通过实验解释说，长期以来锂离子电池的能源效率很低这一解释不成立。 研究人员表示，这种现象与正极中的氧和过渡金属原子之间的缓慢电子转移有关，而不是一个原子本身发生移动。

(图片来源: skoltech )

目前，电动汽车和装置中采用的锂离子电池的容量接近具有富锂氧化物正极的同类产品能够提供的容量的一半。 后者存在效率低下的技术问题，充电时消耗的电力远远超过电池最终供给的电力。 随着时间的推移，特别是在高功耗APP中，电力损耗逐渐累积，这样的电池难以投入商用。

为了发掘具有富锂氧化物正极的电池的潜力，研究者需要了解其导致效率低下的潜在机理，准确地找出损失能的去向。 以前关于这种现象的说明在技术上被称为电压滞后。 最近的研究提供了实验证据，否定了以前的文案，提出了新的理论解释。

锂离子电池充电时，锂离子在两个电极之间移动。 移动到负极时，它们在正极留下空位； 在另一半的循环中，锂离子返回时伴随着能量消耗，例如对手机进行充电。 研究人员anatoly morozov说:“在这期间，正极中的一点过渡金属原子可能暂时侵入空位，然后撤回，这个过程消耗了宝贵的能量。 关于电压滞后的旧理论大致如此。 ”

为了验证这一解释，研究人员在skoltech高级成像核心设施( skol tech’Sadvance Dimaging Core Facility )中，在电池充放电循环的不同阶段，用透射电镜监测锂电池正极的原子结构， 该正极由化学式为li1.17ti0.33fe0.5o2的材料制成。 但是，没有发现铁或钛原子向锂空位移动的明显迹象，表明其他一点的过程吸收了能量。

研究人员artem abakumov说:“这一发现促使研究小组从其他地方寻找电压滞后的原因。 引起这种现象的不是阳离子的可逆移动，而是氧原子和过渡金属原子之间的可逆电子移动。 电池充电后，铁中的一点电子被氧原子劫持，然后回来。 这个可逆的转移过程消耗了一点能量。

“从电子移动的角度理解电压滞后，将直接影响这种不良效应的缓解，有可能使新一代锂离子电池的能量密度达到创纪录的水平，为电动汽车和便携式电子产品供电。 为了实现以下目标，化学家们可以在元素周期表和“化学柔性”等概念的指导下，通过改变阳离子-阴离子共价键来操作电子转移势垒。 ”

摩托罗拉表示:“这显示出了先进的透射电子显微镜解读极端多种复杂的局部结构的能力。 skoltech的年轻研究人员有机会直接访问像差校正电子显微镜( aberration-correctedelectronmicroscopes )等尖端设备，接受进一步的训练，真是太棒了。 这使得我们能够与学术界和产业界的国际同行合作，为顶级电池研究做出贡献。 ”