為了支持每天開發(fā)的無數(shù)電子設(shè)備的運(yùn)行，研究人員需要開發(fā)越來越先進(jìn)的電池技術(shù)。鋰離子電池 （LiB） 是使用廣泛的可充電電池之一，但仍有很大的改進(jìn)空間。

LiB 是包含一個(gè)或多個(gè)鋰離子電池以及保護(hù)電路板的電池。在這些電池中，鋰離子在陰極（即正極）和陽極（即負(fù)極）之間移動(dòng)，而電子在電池的外部電路中以相反的方向移動(dòng)。

雖然 LiBs 現(xiàn)在在世界范圍內(nèi)廣泛使用，但它們?nèi)匀挥幸恍╋@著的局限性。例如，眾所周知，LiB 中的高能量密度陰極容易受到不穩(wěn)定氧損失和快速降解的影響。這會(huì)顯著限制某些鋰基電池的穩(wěn)定性和安全性，增加氧化物或相關(guān)氧自由基與電池中有機(jī)電解質(zhì) 相互作用的風(fēng)險(xiǎn)。

因此，一些電池開發(fā)商表示，在 LiB 中使用高能陰極通常是不安全且不可取的。北京大學(xué)、清華大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院和麻省理工學(xué)院 （MIT） 的研究人員發(fā)表的一篇論文介紹了一種策略，可以幫助克服與在 LiB 中使用高能陰極相關(guān)的挑戰(zhàn)。該研究發(fā)表在《自然能源》雜志上。

“我們發(fā)展了高壓引起的氧氣釋放危機(jī)的理論，并了一種超越傳統(tǒng)表面摻雜來調(diào)節(jié)能源材料近表面結(jié)構(gòu)的滲碳過程，”Mingzhi Cai、Yanghao Dong 及其同事在他們的論文中寫道。“以 LiCoO 2為例，將其推廣到貧鈷/游離高能量密度層狀陰極，我們展示了有效的表面鈍化、抑制的表面降解和改進(jìn)的電化學(xué)性能?！?/p>

本質(zhì)上，Cai、Dong 和他們的同事創(chuàng)造了一種具有高電子電導(dǎo)率但氧離子電導(dǎo)率低的鈣鈦礦表面層。然后，他們表明該層可以充當(dāng)氧氣“緩沖器”，在動(dòng)力學(xué)上抑制析氧反應(yīng) （OER），同時(shí)保持 LiB 中高能陰極的正確功能。

研究人員使用的方法基于所謂的 lanthurization 過程。發(fā)現(xiàn)該過程成功地穩(wěn)定了高能量密度 LiB 的高壓循環(huán)，提高了它們的安全性和穩(wěn)定性。

“高壓循環(huán)穩(wěn)定性已大大提高，與 Li+/Li 相比高達(dá) 4.8 V，包括在實(shí)際的袋型全電池中，”Cai、Dong 和他們的同事在他們的論文中寫道。“卓越的性能植根于工程表面結(jié)構(gòu)和合成方法的可靠性。設(shè)計(jì)的表面相在高壓下阻止氧氣析出反應(yīng)?！?/p>

這組研究人員近的研究揭示了通過高氧活性鈍化、選擇性化學(xué)合金化和應(yīng)變工程進(jìn)行表面工程和涂層的新加工機(jī)會(huì)。他們開發(fā)的策略終可以為 LiB 和其他更穩(wěn)定可靠的電池解決方案的開發(fā)提供信息，特別是在高壓循環(huán)期間。