蓋世汽車訊 據(jù)外媒報道，美國能源部（DOE）勞倫斯伯克利國家實驗室（Berkeley Lab）的研究人員使用獨特X射線儀對富鋰電池材料進(jìn)行研究。由于該材料在提高電動汽車的續(xù)航里程及延長電子設(shè)備工作時長方面具有較大潛力，因此有很多人員都在研究該材料。

研究人員將重點研究“富鋰”材料的極端示例鋰錳氧化物（Li2MnO3）。而該材料所含鋰元素為其此種材料族中之最。電池界最新研發(fā)的原則是，由于材料中的氧會參與可逆的化學(xué)“氧化還原”反應(yīng)，且在該反應(yīng)中，氧原子會循環(huán)失去及獲得電子，因此富鋰材料電池電極可支持高電壓、高容量運行，從而提高電池的儲存和放電能力。

（圖片來源：伯克利國家實驗室）

但此次試驗表明，電池運行期間，Li2MnO3中的氧并不參與可逆反應(yīng)，相反，對該材料中錳的進(jìn)一步研究表明，該材料可被循環(huán)使用的原因是第一次充電后，電池內(nèi)部會發(fā)生異常，完全切換至的錳基反應(yīng)，且容量較低。這一發(fā)現(xiàn)為富鋰材料族外高能量電極材料的探索鋪平了道路。

此外，研究團(tuán)隊還對在材料表面觀察到碳酸鹽化合物的形成和消失是“部分可逆”，感到特別驚訝。這些高反應(yīng)性的表面性質(zhì)表明該材料可以充當(dāng)催化劑，且可以促進(jìn)鋰-空氣和鋰-二氧化碳電池等創(chuàng)新型下一代電池所需的可逆化學(xué)反應(yīng)。在Li2MnO3表面觀察到的碳酸鹽化合物含有與氧原子鍵合的碳，表明富鋰材料可能是二氧化碳?xì)怏w相關(guān)反應(yīng)的有效催化劑。

伯克利國家實驗室高級光源（Advanced Light Source，ALS）科學(xué)家Wanli Yang表示：“通過對該材料進(jìn)行基礎(chǔ)光譜學(xué)研究，我們明白了該飽受爭議材料的反應(yīng)機(jī)制，還發(fā)現(xiàn)了其作為催化劑的不同概念應(yīng)用，這令我們十分興奮?！?/p>

（圖片來源：伯克利國家實驗室）

他還補(bǔ)充道：“一些發(fā)現(xiàn)表明，由于具有高反應(yīng)活性的表面，這種材料實際上更適合用作催化劑。因此我們的電池材料合作伙伴將其用作催化劑，結(jié)果發(fā)現(xiàn)它確實能夠提高鋰-二氧化碳和鋰-空氣電池的性能?！?/p>

研究人員指出，與具有典型基于氧化物的催化劑的同類系統(tǒng)相比，基于Li2MnO3的催化劑的高容量碳酸鹽循環(huán)的可逆性更高。該結(jié)果證明，該類富堿材料可被用作其他應(yīng)用的催化劑，例如燃料電池。

此項研究的關(guān)鍵在于在ALS建立一條專門的光束線，可一次將一個化學(xué)反應(yīng)分解為一個元素，從而找出哪些元素參與或未參與反應(yīng)。ALS是一種同步加速器，可發(fā)出各種“顏色”或波長（從紅外線到X射線）的光。

研究人員使用RIXS（X-ray scattering，X光散射）在充放電循環(huán)的不同階段繪制了樣品的化學(xué)反應(yīng)圖，但并未發(fā)現(xiàn)該材料會發(fā)生可逆氧氣氧化還原反應(yīng)的跡象，反而是發(fā)現(xiàn)氧僅參與了單向氧化反應(yīng)，以及非常活躍的表面反應(yīng)。

Yang指出，此項研究推翻了理解電池電極中氧還原活性的幾種普遍模型，同時也發(fā)現(xiàn)，實際上富鋰電極中的氧氣氧化還原反應(yīng)與現(xiàn)今使用的傳統(tǒng)電極中的一樣，為人們開發(fā)發(fā)生氧氣氧化還原反應(yīng)的低成本材料類型提供了新思路。利用氧氣的氧化還原反應(yīng)可使電池的電壓和容量更高。

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