英國法拉第研究所的科學家日前宣布，已經(jīng)開發(fā)了一種模型來解釋在鋰離子電池的某些電極材料由于氧化還原反應而受到的影響。基于對其反應的更好理解，他們提出了研發(fā)電池材料的更多的研究途徑，以避免不必要的反應，并開發(fā)可逆的、高能量密度的電極材料。

自從本世紀初以來，富鋰陰極材料一直是儲能技術(shù)研究人員感興趣的領(lǐng)域。在這些材料中，氧化還原反應被證明可以在氧化物離子和過渡金屬離子中儲存額外的電荷，從而有可能提高陰極材料的儲能容量。

然而，一些電池陰極材料通常在第一次充電時會發(fā)生不可逆的結(jié)構(gòu)變化，并后續(xù)的充電中電壓逐漸降低。這些結(jié)構(gòu)變化背后的機制使科學家們感到困惑，并阻礙了陰極材料的進一步研究和發(fā)展。考慮到這一點，英國法拉第研究的科學家希望觀察到這些陰極的結(jié)構(gòu)變化。

英國法拉第研究所首席科學家Peterruce說，“在不斷提高鋰離子電池能量密度的艱巨的探索中，能夠利用氧-氧化還原陰極的潛力，以及它們相對于目前商業(yè)上使用的富鎳陰極所提供的更大改進，這是一個潛在的重大問題。對氧化還原的基本機制的深入研究是一個重要的步驟，有助于制定戰(zhàn)略，減輕使用這種類電池材料目前的局限性，挖掘其潛在的商業(yè)用途。”

該研究團隊使用英國DiamondLightourceX公司的X射線成像技術(shù)，可以確認電池陰極在首次充電后氧氣的變化，從而確定電壓損失，并最終開發(fā)了可以解釋整個過程的一個模型。

在富鋰陰極中，氧分子可以增加電池材料的儲存容量，可以將電荷儲存在氧化物離子和金屬離子中。

英國巴斯大學教授以及CATMAT項目首席研究員Saifulslam說，“這個計算模型表明，通過氧氣的逸出可以解釋觀察到電化學反應、首次放電時電壓的降低以及結(jié)構(gòu)變化，并解釋了氧氣在電池材料主體中的容納性。這種將氧氣和電壓損失聯(lián)系在一起的統(tǒng)一模型，使研究人員能夠提出切實可行的策略來避免氧化還原引起的性能不穩(wěn)定性，從而為開發(fā)更加可逆的高能量密度的電池陰極提供了更多的途徑。”

該研究團隊發(fā)表在《自然能源》雜志上的一篇名為《氧氣在鋰離子電池氧化還原陰極中的作用》的文章對該模型的作用進行了描述。基于對氧化還原反應的理解，研究人員提出了六種開發(fā)高能量密度的電池陰極材料的不同策略，法拉第研究所將在后續(xù)工作中探索這些策略。