有关无序阴极的新研究可能为锂电池提供急需的冲击
如今的锂离子电池早已被发明出来，效率并不高。 现在美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室（伯克利实验室）的研究人员报告了用所谓“无序”材料制造的阴极的重大进展，这是一种有前景的新型锂电池。
在本月发表在“自然通讯与物理评论快报”（PRL）上的一对论文中，由Gerbrand Ceder领导的一个科学家小组提出了一套制造新的无序材料的规则，一个以前由试验推动的过程 - 和错误。他们也找到了加入氟的方法，使材料更加稳定，具有更高的生产能力。
伯克利实验室高级教授科学家塞德（Ceder）说，“这确实是制造高能量密度阴极的一个有趣的新方向。”伯克利加州大学伯克利分校材料科学与工程系任命。 “现在人们所提出的所有无序岩盐都有非常高的电池容量，在PRL论文中我们给出了一个如何更系统地制造这些材料的指导原则。
障碍的好处
锂电池中的阴极材料通常是“有序的”，这意味着锂和过渡金属原子排列成整齐的层，允许锂进出各层。几年前，Ceder的小组发现某些类型的无序材料可以储存更多的锂，从而使电池具有更高的容量。
PRL论文的第一作者，“过渡金属氧化物中阳离子失调的电子结构起源”是伯克利实验室的博士后，Alexander Urban。
Urban表示：“尽管它们具有吸引人的特性，但是发现新的无序材料主要是由反复试验和依靠人类直觉驱动的。 “现在我们首次确定了一个简单的设计标准来预测新的无序组分，这种新的认识建立了化学种类，晶体结构的局部扭曲和形成无序相的倾向之间的关系。
使用无序材料的另一个好处是能够避免使用钴，这是一种有限的资源，在政治不稳定的国家，世界上有一半以上的供应。通过转向无序的岩盐，电池设计师可以自由使用更广泛的化学品。例如，已经使用铬，钛和钼制造了无序材料。
“我们希望能够有更多的构图自由，所以我们可以调整其他参数，”Ceder说。 “有很多优化的性能 - 电压，长期稳定性，是否容易合成 - 有很多东西需要电池材料进入商业阶段。现在我们有一个配方如何使这些材料“。
如何以及为什么要氟化电池
锂离子电池的另一个主要进展是在Nature Communications的论文“缓解氧损失以改善高容量阳离子无序阴极材料的循环性能”中报道，其表明与其他电池材料不同，无序材料可被氟化。氟化具有两个优点：它允许更多的容量并使材料更稳定。在电池中，增加的稳定性将转化为具有长循环寿命并且不太可能着火的装置。
本文的第一作者，前Berkeley实验室研究员Jinhyuk Lee与伯克利实验室先进光源（ALS）科学家合作，他们是进行科学研究的X射线光源，进行原位实验。 Ceder说：“ALS对于理解我们获得更高容量的机制非常重要。 “真正很酷的是，你可以在电池运行的时候看看电池，看看阴极的电子结构，这样你就可以知道电子在哪里充电和放电，这是电荷存储的一个重要方面。
ALS的科学家肖恩·萨利斯（Shawn Sallis）和万里·杨（Wanli Yang）是伯克利实验室的布赖恩·麦克洛斯基（Bryan McCloskey）的共同作者。 Ceder说：“他的团队对于显示这些材料更加稳定，不会失去氧气至关重要。
现在，他们已经展示了这个概念，Ceder计划跟进，试图增加更多的氟材料。
Ceder说：“新型阴极材料是锂离子电池最热门的方向。 “这个领域有点卡住了，为了获得更多的储能改进，只有几个方向，一个是固态电池，另一个是不断提高电极材料的能量密度，二者不是相互的这个研究线绝对没有用尽。“
伯克利实验室高级教授科学家塞德（Ceder）说，“这确实是制造高能量密度阴极的一个有趣的新方向。”伯克利加州大学伯克利分校材料科学与工程系任命。 “现在人们所提出的所有无序岩盐都有非常高的电池容量，在PRL论文中我们给出了一个如何更系统地制造这些材料的指导原则。
障碍的好处
锂电池中的阴极材料通常是“有序的”，这意味着锂和过渡金属原子排列成整齐的层，允许锂进出各层。几年前，Ceder的小组发现某些类型的无序材料可以储存更多的锂，从而使电池具有更高的容量。
PRL论文的第一作者，“过渡金属氧化物中阳离子失调的电子结构起源”是伯克利实验室的博士后，Alexander Urban。
Urban表示：“尽管它们具有吸引人的特性，但是发现新的无序材料主要是由反复试验和依靠人类直觉驱动的。 “现在我们首次确定了一个简单的设计标准来预测新的无序组分，这种新的认识建立了化学种类，晶体结构的局部扭曲和形成无序相的倾向之间的关系。
使用无序材料的另一个好处是能够避免使用钴，这是一种有限的资源，在政治不稳定的国家，世界上有一半以上的供应。通过转向无序的岩盐，电池设计师可以自由使用更广泛的化学品。例如，已经使用铬，钛和钼制造了无序材料。
“我们希望能够有更多的构图自由，所以我们可以调整其他参数，”Ceder说。 “有很多优化的性能 - 电压，长期稳定性，是否容易合成 - 有很多东西需要电池材料进入商业阶段。现在我们有一个配方如何使这些材料“。
如何以及为什么要氟化电池
锂离子电池的另一个主要进展是在Nature Communications的论文“缓解氧损失以改善高容量阳离子无序阴极材料的循环性能”中报道，其表明与其他电池材料不同，无序材料可被氟化。氟化具有两个优点：它允许更多的容量并使材料更稳定。在电池中，增加的稳定性将转化为具有长循环寿命并且不太可能着火的装置。
本文的第一作者，前Berkeley实验室研究员Jinhyuk Lee与伯克利实验室先进光源（ALS）科学家合作，他们是进行科学研究的X射线光源，进行原位实验。 Ceder说：“ALS对于理解我们获得更高容量的机制非常重要。 “真正很酷的是，你可以在电池运行的时候看看电池，看看阴极的电子结构，这样你就可以知道电子在哪里充电和放电，这是电荷存储的一个重要方面。
ALS的科学家肖恩·萨利斯（Shawn Sallis）和万里·杨（Wanli Yang）是伯克利实验室的布赖恩·麦克洛斯基（Bryan McCloskey）的共同作者。 Ceder说：“他的团队对于显示这些材料更加稳定，不会失去氧气至关重要。
现在，他们已经展示了这个概念，Ceder计划跟进，试图增加更多的氟材料。
Ceder说：“新型阴极材料是锂离子电池最热门的方向。 “这个领域有点卡住了，为了获得更多的储能改进，只有几个方向，一个是固态电池，另一个是不断提高电极材料的能量密度，二者不是相互的这个研究线绝对没有用尽。“
