“這種電池已經達到了有史以來過渡金屬氧化物電極電池的最高容量，是目前使用的手機和平板電腦中電池的兩倍多。”負責該研究的西北大學McCormick工程學院的材料科學教授ChristopherWolverton說，“這么高的電池容量對電動汽車使用鋰電池的目標來說是一大進步。”

研究結果于5月14號發(fā)表在ScienceAdvances上。

鋰電池通過在鋰離子在陰極和陽極之間的來回移動來工作。陰極由包含鋰離子、一種過渡金屬和氧的化合物構成。當鋰離子從陽極移動到陰極，或從陰極返回陽極時，過渡金屬(通常為鈷)有效地儲存和釋放電能。陰極容量就是被過渡金屬中可以參與反應的電子所限制的。

一個法國的研究組在2016年第一次報道了大容量鋰錳氧化物化合物。通過用更便宜的錳取代傳統(tǒng)的鈷，該團隊研發(fā)出了更便宜但容量為傳統(tǒng)電池2倍多的電極。但這項研究遇到了挑戰(zhàn)：該電池的表現(xiàn)僅在兩輪充電后就明顯下降，阻止了該電池的商業(yè)化。而且他們也沒有完全理解電池大容量和容量下降的化學本質。

在研究了詳細到原子的陰極結構示意圖后，Wolverton的團隊發(fā)現(xiàn)了該材料容量大背后的原因：它促使氧氣參與了反應。除了使用過渡金屬，通過使用氧氣來儲存和釋放電能，該電池就有了儲存和使用更多鋰的能力。

接下來，西北大學的團隊將注意力轉向穩(wěn)定電池，防止它的存儲能力快速下降。

“根據(jù)掌握的充放電知識，我們使用高通量計算來遍歷元素周期表，尋找為適于融入電極的從而提高電池表現(xiàn)的元素。”該論文的第一作者之一，也是Wolverton實驗室的前博士生，ZhenpengYao說。

該計算方法確定了兩種元素：鉻和釩。團隊預測使用其中任意一種與鋰錳氧化物混合將產生保持陰極高容量的化合物。接下來，Wolverton和他的合作者們將在實驗室中測試這些理論中的化合物。

該研究是電子化學能源中心(theCenterforElectrochemicalEnergyScience)的一部分。該研究中心是由美國能源部科學中心基礎能源科學部建立的前沿能源研究中心，榮譽號碼為DE-AC02-06CH11357。目前是哈佛大學博士后研究員的Yao和麻省理工學院博士后研究員SooKim都是Wolverton實驗室的前任成員，并列該論文的第一作者。