相關(guān)論文通訊作者娇仙、UCI物理學(xué)和天文學(xué)教授Huolin Xin表示：“通過‘高熵?fù)诫s’技術(shù)，我們成功地制造出一種無鈷層狀陰極辨迷，可在反復(fù)充放電循環(huán)中具有極高的耐熱性和穩(wěn)定性尾贮，解決了長期以來富鎳電池材料的安全性和穩(wěn)定性問題，為廣泛的商業(yè)應(yīng)用鋪平了道路袁暗。”

圖片來源：加州大學(xué)

該論文的作者稱怔巷，鈷在化學(xué)上可穩(wěn)定鋰離子電池的陰極，但也是阻礙電動汽車讯屈、卡車和其他需要電池的電子設(shè)備被廣泛采用的重要原因之一蛋哭，因為其開采地區(qū)主要為剛果民主共和國，開采環(huán)境惡劣且存在虐待行徑涮母。

Xin表示：“電動汽車制造商急于減少電池組中鈷的使用谆趾，不僅是為了降低成本，而且是為了反對雇傭童工叛本。研究表明沪蓬，鈷會在高壓下導(dǎo)致氧氣釋放，從而損壞鋰離子電池来候。因此電池中的鈷需要被替代跷叉。”

然而，鎳基正極也存在耐熱性差等問題营搅，容易導(dǎo)致電池材料氧化云挟、熱失控甚至爆炸。盡管富鎳陰極可以容納更大的容量转质，但反復(fù)膨脹和收縮引起的體積應(yīng)變會導(dǎo)致穩(wěn)定性差和安全問題园欣。

通過使用HE-LMNO，研究人員試圖通過成分復(fù)雜的高熵?fù)诫s來解決上述問題埠限。HE-LMNO是結(jié)構(gòu)內(nèi)部過渡金屬鎂奕截、鈦、錳皿遏、鉬和鈮的混合物，其表面和界面富有這些礦物的子集與其他電池材料堪渠。

通過使用一系列同步加速器X射線衍射丧忍、透射電子顯微鏡和3D納米斷層成像儀器，Xin及其同事確定其零鈷陰極在重復(fù)使用期間表現(xiàn)出零體積變化陶握。這種高度穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)能夠承受1,000多次循環(huán)和高溫参挨，因此可與鎳含量低得多的陰極相媲美。

對于其中一些研究工具禁歧，Xin是與位于紐約美國能源部布魯克海文國家實驗室(Brookhaven National Laboratory)的國家同步加速器光源II(National Synchrotron Light Source II亮蜓，NSLS-II)的研究人員合作嘉容。作為美國能源部科學(xué)辦公室用戶設(shè)施，NSLS-II為團(tuán)隊提供了使用其28種科學(xué)儀器中的三種(稱為光束線)的權(quán)限挠囚，以研究新陰極的內(nèi)部結(jié)構(gòu)饿呢。

NSLS-II的科學(xué)家、論文合著者M(jìn)ingyuan Ge表示：“在NSLS II光束線上將不同方法結(jié)合堪遂，我們能夠發(fā)現(xiàn)材料內(nèi)部氧空位和缺陷的捕獲效應(yīng)介蛉，從而有效地防止HE-LMNO二次粒子中裂紋的形成，進(jìn)而使這種結(jié)構(gòu)在循環(huán)過程中非常穩(wěn)定溶褪。”

Xin補充說：“使用這些先進(jìn)的工具币旧，我們能夠觀察到陰極顯著提高的熱穩(wěn)定性和零體積變化特性，并且我們已經(jīng)能夠證明容量保持率和循環(huán)壽命也顯著提高猿妈。這項研究可以為開發(fā)現(xiàn)有能量密集型電池替代品奠定基礎(chǔ)吹菱。”