锂离子电池储藏数十年之谜解开

多年来，研究人员一直致力于更多地了解一组金属氧化物，这些金属氧化物显示出有望成为下一代锂离子电池的关键材料，因为它们神秘的存储能量的能力远远超出了可能。由德克萨斯大学奥斯汀分校牵头的一个国际研究团队破解了这一科学异常的代码，打破了构建超快速电池储能系统的障碍。

研究小组发现，这些金属氧化物拥有独特的能量存储方式，超越了经典的电化学存储机制。这项发表在《自然材料》上的研究发现，几种金属化合物的储能能力是当今市售锂离子电池中常见材料的三倍。

通过解开这一谜团，研究人员正在帮助解锁具有更大能量容量的电池。这可能意味着体积更小，功能更强大的电池能够为从智能手机到电动汽车的所有物体快速充电。

“近二十年来，研究界一直对这些材料的异常高容量超出其理论极限感到困惑，”科克雷尔工程学院沃克机械工程系副教授，领导者之一俞桂华说。该项目。“这项工作证明了第一个实验证据，表明多余的电荷通过空间电荷存储机制物理地存储在这些材料中。”

发现的中心是过渡金属氧化物，它们是包括与过渡金属（例如铁、镍和锌）结合的氧的化合物。能量可以存储在金属氧化物内部，这与通常的方法相反，后者使锂离子移入或移出这些材料或转换其晶体结构进行能量存储。研究人员表明，在一系列常规电化学过程中形成的铁纳米颗粒表面还可以存储额外的电荷容量。

根据这项研究，各种各样的过渡金属可以释放这种额外的容量，它们具有共同的线索-收集高密度电子的能力。于说，这些材料还没有准备就绪，主要是因为对它们缺乏了解。但是研究人员说，这些新发现应该大大有助于阐明这些材料的潜力。

这项研究中采用的关键技术称为原位磁测量法，是一种实时磁监测方法，用于研究材料内部电子结构的演变。它能够通过测量磁性变化来量化充电容量。该技术可用于以非常小的规模研究电荷存储，这超出了许多常规表征工具的功能。

于说：“最重要的结果是从物理学家常用的技术中获得的，而在电池界却很少。” “这是物理学与电化学完美结合的完美展示。”