如今的鋰離子電池早已被發明出來，效率並不高。現在美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室（伯克利實驗室）的研究人員報告了用所謂的“無序”材料製造陰極的重大進展，這種新型鋰電池很有前途。
鋰離子電池
在本月發表在“自然通訊與物理評論快報”（PRL）上的一對論文中，由Gerbrand Ceder領導的一個科學家小組制定了一套製造新的無序材料的規則，一個以前由試驗推動的過程 - 和錯誤。他們也找到了加入氟的方法，使材料更加穩定，具有更高的生產能力。

伯克利實驗室高級教授科學家塞德（Ceder）說，“這確實是製造高能量密度陰極的一個有趣的新方向。”伯克利加州大學伯克利分校材料科學與工程系任命。 “現在人們所提出的所有無序岩鹽都有非常高的電池容量，在PRL論文中我們提供了一個如何更系統地製造這些材料的指導原則。

障礙的好處

鋰電池中的陰極材料通常是“有序的”，這意味著鋰和過渡金屬原子排列成整齊的層，允許鋰進出各層。幾年前，Ceder的小組發現某些類型的無序材料可以儲存更多的鋰，從而使電池具有更高的容量。

PRL論文的第一作者，“過渡金屬氧化物中陽離子失調的電子結構起源”是伯克利實驗室博士後研究員Alexander Urban。

Urban表示：“儘管它們具有吸引人的特性，但是發現新的無序材料主要是由反複試驗和依靠人類直覺驅動的。 “現在我們首次確定了一個簡單的設計標準來預測新型無序組分，這種新的認識建立了化學種類，晶體結構的局部扭曲和形成無序相的傾向之間的關係。

使用無序材料的另一個好處是能夠避免使用鈷，這是一種有限的資源，在政治不穩定的國家，世界上有一半以上的供應。通過轉向無序的岩鹽，電池設計師可以自由使用更廣泛的化學品。例如，已經使用鉻，鈦和鉬製造了無序材料。

“我們希望能夠有更多的構圖自由，所以我們可以調整其他參數，”Ceder說。 “有很多優化的性能 - 電壓，長期穩定性，是否易於合成 - 有很多將電池材料用於商業化階段。現在我們有一個如何製作這些材料“。

如何以及為什麼要氟化電池

鋰離子電池的另一個主要進展是在Nature Communications的論文“緩解氧損失以改善高容量陽離子無序陰極材料的循環性能”中報導，其表明無序材料可以被氟化，不像其它電池材料。氟化具有兩個優點：它允許更多的容量並使材料更穩定。在電池中，增加的穩定性將轉化為具有較長循環壽命並且不太可能著火的裝置。

本文的第一作者，前Berkeley實驗室研究員Jinhyuk Lee與伯克利實驗室先進光源（ALS）科學家合作，他們是進行科學研究的X射線光源，進行原位實驗。 Ceder說：“ALS對於理解我們獲得更高容量的機制非常重要。 “真正很酷的是，你可以在電池運行的時候看看電池，看看陰極的電子結構，這樣你就可以知道電子在哪裡充電和放電，這是電荷存儲的一個重要方面。

ALS的科學家肖恩·薩利斯（Shawn Sallis）和萬里·楊（Wanli Yang）是伯克利實驗室的布賴恩·麥克洛斯基（Bryan McCloskey）的共同作者。 Ceder說：“他的團隊對於顯示這些材料更加穩定，不會失去氧氣至關重要。

現在，他們已經展示了這個概念，Ceder計劃通過試圖添加更多的氟材料來跟進。

Ceder說：“新型陰極材料是鋰離子電池最熱門的方向。 “這個領域有點卡住了，為了獲得更多的儲能改進，只有幾個方向，一個是固態電池，另一個是不斷提高電極材料的能量密度，二者不是相互的這個研究線絕對沒有用盡。“