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华威大学探讨富锂正极材料如何在高压下存储电荷

发布时间:2021-02-22 05:56:19 来源: 作者:

   在电动汽车中,高储能电池需要具有容量高的电池正极。虽然新型锂过剩富镁正极有望取代现有的富镍正极,但要使这种新电极成功得到应用,了解镁和氧如何在高压下存储电荷至关重要。据外媒报道,华威大学制造工程学院(WMG, University of Warwick)与美国的研究人员通过一系列X射线研究发现,促进电荷储存的是氧离子,而不是镁离子。

  

  

(图片来源:华威大学)

  对于汽车制造商来说,推广电动汽车的主要问题在于,如何制造低成本、持久性能源密集型电池,以支持快速高效地充电。为了打造高达500Wh/kg的电动汽车电池,必须采用新型正极材料,否则无法实现这些目标。

  过去10年,车用富镍正极电池的性能不断提升,但这种材料无法提供所需的能量密度。为了增加容量,需要使用更多的锂。锂过剩富镁正极可以提供足够的能量密度,而要实现500Wh/kg的最终储能目标,需要了解电子电荷如何储存在材料中。简言之,就是储存在镁或氧位上的电子电荷。

  在了解锂过剩富镁正极的电荷储存方面,华威大学WMG的研究人员取得重要进展。锂过剩化合物涉及常规和非常规氧化还原,常规氧化还原是指金属离子改变其电子密度。非常规氧化还原是指可逆性改变氧(或氧气氧化还原)上的电子密度,而不形成氧气。文献中存在描述二者不同机制的各种计算模型,但最终需要在电池循环(现场原位)时进行详细的X射线研究,以验证这些模型。

  在华威大学WMG的领导下,来自英国和美国的研究人员进行现场原位X射线研究,以精确量化高压下的镁和氧物种。研究人员演示了X射线如何不可逆地驱动高度氧化的镁(Mn7+),将氧气不可逆地捕获到其他材料中。通过详细的现场原位X射线研究,可以避免束损伤,并且在电池循环过程中,只观察到在锂过量正极中充电时形成微量的Mn7+。

  华威大学WMG的Louis Piper教授表示:“我们得出最终结论,推动高容量的是氧,而不是金属氧化还原。因此,我们可以提出更好的设计策略,改善此类材料的循环性能。”

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