據外媒報道，康奈爾大學（Cornell University）的研究人員發現了長期限制鈉離子電池耐用性的根源，併為製造商提供賦能21世紀的新策略。
鈉離子電池由豐富的材料製成，具有能量密集、不易燃等特點，且在較低溫度下執行良好，因此是電動汽車、能源網等應用領域十分具有前景的技術。但是工程師們稱該電池的化學反應還不夠完善。雖然現代電子產品中的鋰離子電池可以充電數千次，但大多數鈉離子電池只能迴圈其中的一小部分。
其耐久性差是因為隨著離子穿過電池無序晶體結構並最終破壞了該結構，電池執行中的特定原子重組P2-O2會相變。雖然研究人員對相變很感興趣，但其背後的機制一直難以研究，尤其是在電池執行期間。
康奈爾大學研究小組發現，隨著鈉離子在電池中移動，單個顆粒內晶體層的錯誤取向會增加，然後這些層會在P2-O2相變前突然對齊。材料科學與工程助理教授Andrej Singer表示：“我們發現了一種新的關鍵機制。在電池充電期間，原子會突然重新排列並促進有缺陷的相變。”
透過使用康奈爾高能同步加速器源（High Energy Synchrotron Source），該團隊開發出一種新的X射線成像技術，因此能夠觀察到這一現象，從而能夠實時和大規模地觀察電池樣品中單個粒子的行為。
Singer稱：“意外的原子排列在傳統的粉末X射線衍射測量中是不可見的，因為它需要看到單個陰極奈米粒子的內部。但如今高通量資料可使我們能夠揭示該微妙但關鍵的機制。”
憑藉該發現，研究團隊為其使用的鈉離子電池型別提出全新設計方案，並計劃在未來研究專案中進行調查。研究第一作者、博士生Jason Huang稱其中一種解決方案是修改電池化學成分，在有缺陷的過渡階段前給粒子引入一種戰略性無序。
Jason Huang表示：“透過改變我們的過渡金屬（如鎳和錳）的比例，我們可以引入一些無序，並儘可能降低我們觀察到的有序效應。”
Huang稱新的表徵技術可用於揭示其他奈米粒子系統中的複雜相行為，但其最佳應用可能仍處於下一代儲能技術中。Huang表示：“我們將更加了解鈉離子電池，並推動相關前沿技術的發展。透過利用這些知識，我們可以設計出更好的電池將，從而解鎖未來實際應用。”
來源：上海錦町新材料科技整理自網路
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