西北大學的一個研究小組已經找到了穩定新電池的方法，這種電池的記錄容量很高。基於鋰錳氧化物陰極，這一突破可使智能手機和電池動力汽車的續航時間延長兩倍以上。
“這種電池電極已經實現了所有過渡金屬氧化物基電極有史以來報導的最高容量之一，它是目前手機或筆記本電腦中材料容量的兩倍多，”杰羅姆B.克里斯托弗沃爾弗頓說。負責該研究的西北McCormick工程學院材料科學與工程系Cohen教授。 “這種高容量將代表電動汽車用鋰離子電池的巨大進步。”
該研究於5月14日在線發表在Science Advances上。
鋰離子電池通過在陽極和陰極之間來回穿梭鋰離子來工作。陰極由包含鋰離子，過渡金屬和氧的化合物製成。當鋰離子從陽極移動到陰極並返回時，過渡金屬（通常為鈷）有效地存儲和釋放電能。然後，陰極的容量受到參與反應的過渡金屬中的電子數量的限制。
法國的一個研究小組在2016年首次報導了大容量鋰錳氧化物化合物。通過用較便宜的錳取代傳統的鈷，該團隊開發出了價格更便宜的電極，其容量翻了一番多。但這並非沒有挑戰。在前兩個週期內，電池的性能下降非常顯著，研究人員不認為它在商業上可行。他們也沒有完全理解大容量或退化的化學來源。
Wolverton的團隊在詳細描述了陰極原子的原子圖後，發現了該材料高容量背後的原因：它強制氧氣參與反應過程。除了過渡金屬之外，通過使用氧氣來儲存和釋放電能，電池具有更高的儲存和使用鋰的能力。
接下來，西北團隊將注意力轉向穩定電池，以防止其迅速退化。
“憑藉充電過程的知識，我們使用高通量計算來掃描元素週期表，找到新的方法將這種化合物與能夠提高電池性能的其他元素合成，”Zhenpeng Yao說，他是第一作者，該論文和前博士。沃爾弗頓實驗室的學生。
計算確定了兩個元素：鉻和釩。該團隊預測，將元素與鋰錳氧化物混合將產生穩定的化合物，從而保持陰極前所未有的高容量。接下來，Wolverton和他的合作者將在實驗室中通過實驗測試這些理論化合物。
作為電化學能源科學中心的一部分，該研究得到了支持，這是一個由美國能源部科學辦公室基礎能源科學部資助的DE-AC02-06CH11357能源前沿研究中心。目前是哈佛大學博士後研究員的Yao和麻省理工學院博士後研究員Soo Kim都是Wolverton實驗室的前任成員，並擔任該論文的第一作者。
