“研究团队首次直接注意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”

据盖乌斯汽车报道，一个国际合作小组首次直接关注锂电池材料中的阴离子氧化还原反应。 这项研究为改善现有电池的正极，提出新的设计铺平了道路。

(图片来源:卡内基梅隆大学)

要实现飞机和大型车辆的电气化，需要能量密度更高的电池。 该研究小组表示，为了大幅提高电池技术，有必要进行模式转换。 这使用了富锂正极中的阴离子还原氧化机理。

参与这项研究的机构有卡内基梅隆大学( carnegie mellon university )、东北大学) northeastern university )、芬兰拉普兰理工大学) lut )。 然后是日本群马大学( gunma university )、日本同时放射研究所) jasri )、横滨国立大学) yokohama国家大学)、京都大学) kyoto university )、立命馆大学) ritsumei

研究表明富锂氧化物是一种很有前途的正极材料，具有更高的记忆容量。 但是，电池材料可以快速充电，在稳定在极端温度的同时，还必须进行上千次可靠的循环。 为了应对这些问题，科学家们需要确定这些氧化物在原子水平上是如何发挥作用的，其潜在的电化学机制。 研究人员表示，高能量密度的正极设计代表着电池下一个快速发展的前沿。

普通锂离子电池通过阳离子氧化还原工作，随着锂离子的插入或去除，金属离子会改变其氧化状态。 在这个插入框架内，各金属离子只能储存一个锂离子。 但是，富锂正极的可储藏量越来越多，这是由阴离子氧化还原机理引起的。 在这种情况下，是氧的氧化还原。 这种机制得益于材料的高容量，与以前传下来的正极相比，储存几乎翻了一番。

该团队利用康普顿散射为氧化还原机制提供了可靠的依据。 康普顿散射是指光子和粒子(一般为电子)相互作用而偏离直线轨道的现象。 研究者用spring-8进行了许多复杂的理论和实验研究。 这是世界上最大的第三代同步辐射设施，由jasri运营。 同步辐射由窄而强的电磁辐射束组成，当电子束加速到(几乎)光速时，又不得不通过磁场弯曲的路径行进时，这些电磁辐射束产生，康普顿散射变得可视化。

研究人员关注的是，可逆稳定的阴离子氧化还原活动中心区域的电子轨道是如何成像和可视化的，其特征和对称性是如何明确的。 这门科学将突破或根本改变未来的电池技术。 以前的研究对阴离子的氧化还原机理提出了其他解释，但尚未进行标准的实验测量。 这是因为无法清楚地反映与氧化还原反应相关的量子力学电子轨道。

研究小组首次得到了关于氧化还原特征的理论和实验结果。 主要的研究者hasnain hafiz说:“我们的分解能够描绘氧化还原机制中的氧状态，这对于电池研究很重要。”

研究人员venkat viswanathan说:“我们获得了支持富锂材料中阴离子氧化还原机制的确凿证据。 我们的研究明确了富锂电池在原子水平上的工作原理，提出了设计新一代正极的方法。 高能量密度正极设计是电池行业下一个快速发展的前沿。 ”