电动车6分钟充满？韩国科学家据报道研发出新型阳极材料

电动车6分钟充满？韩国科学家据报道研发出新型阳极材料通常，电动车充满电大约需要7至10小时。即使采用快速充电技术，仍然需要至少30分钟的时间，而且前提是充电站有空位。如果电动汽车的充电速度能够像传统燃气汽车加油一样快，那么电动汽车充电站的短缺问题将得到缓解。电动汽车中使用的锂离子电池的效率取决于其阳极材料存储锂离子的能力。近日，有媒体报道，韩国浦项科技大学化学工程系和黑色能源材料技术研究所的WonBaeKim教授带领研究团队开发了一种新型阳极材料。这一突破性技术将存储容量提高了理论极限约1.5倍，并使电动汽车能够在短短6分钟内完成充电。该研究因其卓越性而获得认可，并作为封面论文发表在《先进功能材料》杂志上。研究团队采用了一种新颖的自混合方法，通过一个简单的置换反应过程，合成了具有较大表面积的锰铁氧体纳米片。这种新型材料可以储存更多的锂离子，突破了其理论极限。在这项研究中，研究团队设计了一种新方法来合成锰铁氧体纳米片，这种材料既有优异的锂离子储能能力，又有良好的铁磁性。具体而言，他们首先在混合了锰氧化物和铁的溶液中进行了一次置换反应，形成了一个异质结构化合物，内部是锰氧化物，外部是铁氧化物。然后，团队利用水热法制备出厚度仅为纳米级的锰铁氧体纳米片。这种方法利用了高自旋极化的电子，显著提高了储存大量锂离子的能力。在这项研究中，研究小组设计了一种新的方法来合成锰铁氧体作为阳极材料，以其优越的锂离子存储容量和铁磁性而闻名。首先，在锰氧化物和铁的混合溶液中发生了电取代反应，生成了一种内部是锰氧化物，外部是铁氧化物的异质结构化合物。这项创新使得团队有效地超越了锰铁氧体阳极材料的理论容量50%以上。扩大阳极材料的表面积有利于大量锂离子的同时移动，从而提高了电池的充电速度。实验结果显示，只需要6分钟就可以为与目前市场上电动汽车相当容量的电池充满电。研究人员表示，这项研究简化了制备阳极材料的复杂过程，在提高电池容量和加快充电速度方面取得了突破性进展。这一团队表示：利用电子自旋改变表面的合理设计，克服传统阳极材料的电化学局限性，提高电池容量，这是一种新的认识。这一发展可能会提高电池的耐用性，缩短电动汽车的充电时间。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1383997.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1383997.htm

6分钟充满电 新技术突破电池容量理论极限

6分钟充满电新技术突破电池容量理论极限用于电动汽车的锂离子电池的效率取决于负极材料储存锂离子的能力。研究团队此次使用一种新的自杂化方法，设计了一种合成锰铁氧体作为负极材料的新方法，该材料以其卓越的锂离子存储容量和铁磁性能而闻名。研究人员首先在氧化锰与铁的混合溶液中实现电置换反应，形成内部为氧化锰、外部为氧化铁的异质结构化合物，然后使用水热法制造了具有扩大表面积的纳米厚锰铁氧体片。这种方法利用了高度自旋极化的电子，显著提高了大量锂离子的存储容量，这项创新最终超出了锰铁氧体阴极材料的理论容量50%以上。增大负极材料的表面积有利于大量锂离子的同时运动，从而提高电池的充电速度。实验结果表明，与目前市场上电动汽车所用的容量相当的电池相比，新方法充放电仅需6分钟。该研究成果对如何克服传统负极材料的电化学局限性，并通过利用电子自旋进行表面改变的合理设计来增加电池容量提供了新见解。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1367327.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1367327.htm

革命性的锂离子电池技术有望使电动车续航能力提高10倍

革命性的锂离子电池技术有望使电动车续航能力提高10倍由浦项工科大学教授SoojinPark（化学系）和YounSooKim（材料科学与工程系）以及西江大学大学教授JaegeonRyu（化学与生物分子工程系）领导的研究小组开发了用于高容量阳极材料的带电聚合物粘合剂，该材料既稳定又可靠，提供的容量是传统石墨阳极的10倍甚至更高。这一突破是通过用硅阳极代替石墨，结合分层带电聚合物，同时保持稳定性和可靠性而实现的。该研究结果作为封面文章发表在《先进功能材料》杂志上。像硅这样的高容量阳极材料对于制造高能量密度的锂离子电池至关重要；它们可以提供至少10倍于石墨或其他现有阳极材料的容量。但存在的挑战是，高容量负极材料在与锂反应过程中的体积膨胀对电池的性能和稳定性构成了威胁，为了缓解这一问题，研究人员一直在研究能够有效控制体积膨胀的聚合物粘合剂。然而，迄今为止的研究仅仅集中在化学交联和氢键上。化学交联涉及粘合剂分子之间的共价键，使其成为固体，但有一个致命的缺陷：一旦断裂，键就无法恢复。另一方面，氢键是分子之间基于电负性差异的可逆的二次结合，但其强度（10-65千焦/摩尔）相对较弱。研究小组开发的新聚合物不仅利用了氢键，而且还利用了库仑力（正负电荷之间的吸引力）。这些力的强度为250千焦/摩尔，比氢键的强度高得多，但它们是可逆的，因此容易控制体积膨胀。高容量阳极材料的表面大多带负电，而分层带电的聚合物交替排列，带正负电，可以有效地与阳极结合。此外，该团队还引入了聚乙二醇来调节物理特性并促进锂离子的扩散，从而形成了锂离子电池中发现的厚实的高容量电极和最大的能量密度。SoojinPark教授解释说："这项研究有可能通过加入高容量的阳极材料来大幅提高锂离子电池的能量密度，从而延长电动汽车的行驶里程。硅基阳极材料有可能将驾驶里程提高至少10倍"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1353187.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1353187.htm

新研发的CSRD材料局部无序技术有望缩短电池充电时间 增加能量储存能力

新研发的CSRD材料局部无序技术有望缩短电池充电时间增加能量储存能力不稳定的电极充电电池是能源转型的关键要素，尤其是在可再生能源越来越多的今天。在多种可充电电池中，锂离子电池是功能最强大、应用最广泛的电池之一。为了使其电气连接，通常使用层状氧化物作为电极。然而，当电池充电时，它们的原子结构会变得不稳定。这最终会影响电池的循环寿命。局部失调为了解决这个问题，代尔夫特理工大学的"电化学能量存储"小组与国际研究人员合作。论文的第一作者是王启迪，他介绍说："用作锂离子电池阴极材料的层状氧化物是整齐有序的。我们进行了一项结构设计研究，通过改进合成方法在这种材料中引入化学短程无序。因此，它在电池使用过程中变得更加稳定"。有序的层状结构是锂（Li）离子阴极的重要组成部分。然而，在充电过程中，本质上脆弱的缺锂框架很容易受到晶格应变、结构和/或化学机械退化的影响，导致容量迅速下降，从而缩短电池寿命。在此，研究人员报告了一种通过在氧化物阴极中整合化学短程无序（CSRD）来解决这些问题的方法，它涉及晶格中元素在空间维度上的局部分布，跨越几个最近邻间距。这是在结构化学基本原理的指导下，通过改进的陶瓷合成工艺实现的。为了证明其可行性，研究人员展示了CSRD的引入如何对层状氧化锂钴阴极的晶体结构产生重大影响。这表现在过渡金属环境及其与氧气的相互作用上，有效防止了锂去除过程中晶体板的有害滑动和结构退化。同时，它还会影响电子结构，从而提高电子导电性。这些特性对锂离子存储能力大有裨益，可显著提高循环寿命和速率能力。此外他们还发现CSRD可以通过改进化学共掺杂的方式引入到其他层状氧化物材料中，这进一步说明了CSRD在增强结构和电化学稳定性方面的潜力。这些发现为氧化物阴极的设计开辟了新的途径，帮助深入了解了CSRD对先进功能材料晶体和电子结构的影响。经过200次充电/放电循环后，结构稳定性的提高几乎使电池的容量保持率翻了一番。图片来源：RoyBorghoutsFotografie循环寿命更长，充电时间更短结构稳定性的提高使电池在200次充电/放电循环后的容量保持率几乎翻了一番。此外，这种化学短程无序增加了电极中的电荷转移，从而缩短了充电时间。研究小组对锂钴氧化物（LiCoO2）和锂镍锰钴氧化物（NMC811）等成熟的商用阴极展示了这些优势。关键材料这些成果可能会催生新一代锂离子电池，其制造成本更低，寿命期间单位能量储存的二氧化碳排放量更小。研究小组下一步将研究是否可以利用同样的材料设计原理，用不太稀缺的原材料制造阴极。论文的资深作者马尼克斯-瓦格马克（MarnixWagemaker）说："钴和镍都是所谓的能源技术关键材料，减少电池中这些材料的使用将是一件好事。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1430486.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1430486.htm

科学家们发现了一种稳定的高导电性锂离子导体

科学家们发现了一种稳定的高导电性锂离子导体虽然硫化物固体电解质具有导电性，但它们会与水分反应形成有毒的二硫化氢。因此，需要既导电又在空气中稳定的非硫化物固体电解质来制造安全、高性能和快速充电的固态锂离子电池。在最近发表在《材料化学》杂志上的一项研究中，由东京理科大学KenjiroFujimoto教授、AkihisaAimi教授和DENSOCORPORATION的ShuheiYoshida博士领导的研究小组发现了一种稳定且高导电性的锂离子导体烧绿石型氟氧化物的形式。藤本教授表示：“制造全固态锂离子二次电池是许多电池研究人员长期以来的梦想。我们发现了一种氧化物固体电解质，它是全固态锂离子电池的关键组成部分，它兼具高能量密度和安全性。除了在空气中稳定之外，该材料还表现出比之前报道的氧化物固体电解质更高的离子电导率。”本工作研究的烧绿石型氟氧化物可表示为Li2-xLa(1+x)/3M2O6F(M=Nb,Ta)。使用各种技术对其进行结构和成分分析，包括X射线衍射、Rietveld分析、电感耦合等离子体发射光谱法和选区电子衍射。具体来说，开发了Li1.25La0.58Nb2O6F，在室温下表现出7.0mScm⁻¹的体离子电导率和3.9mScm⁻¹的总离子电导率。人们发现它比已知的氧化物固体电解质的锂离子电导率更高。该材料的离子传导活化能极低，并且该材料在低温下的离子电导率是已知固体电解质（包括硫化物基材料）中最高的之一。确切地说，即使在–10°C的温度下，新材料在室温下也具有与传统氧化物基固体电解质相同的电导率。此外，由于在100°C以上的电导率也已得到验证，因此该固体电解质的工作范围为–10°C至100°C。传统的锂离子电池无法在低于冰点的温度下使用。因此，常用手机锂离子电池的工作条件为0℃至45℃。研究了该材料中的锂离子传导机制。烧绿石型结构的传导路径覆盖了位于MO6八面体形成的隧道中的F离子。传导机制是锂离子的顺序运动，同时改变与氟离子的键。Li离子总是穿过亚稳态位置移动到最近的Li位置。与F离子结合的固定La3+通过阻断传导路径并消除周围的亚稳态位置来抑制锂离子传导。与现有的锂离子二次电池不同，氧化物基全固态电池不存在因损坏而导致电解液泄漏的风险，也不像硫化物基电池那样产生有毒气体的风险。因此，这项新的创新预计将引领未来的研究。“新发现的材料是安全的，并且比之前报道的基于氧化物的固体电解质具有更高的离子电导率。这种材料的应用有望开发出革命性的电池，这种电池可以在从低到高的宽温度范围内工作，”藤本教授展望道。“我们相信固体电解质应用于电动汽车所需的性能是满足的。”值得注意的是，新材料非常稳定，如果损坏也不会点燃。它适用于飞机和其他对安全至关重要的地方。它还适合高容量应用，例如电动汽车，因为它可以在高温下使用并支持快速充电。此外，它还是一种有前途的用于电池、家用电器和医疗设备小型化的材料。总之，研究人员不仅发现了一种具有高导电性和空气稳定性的锂离子导体，而且还引入了一种新型的超离子导体--焦绿宝石型氧氟化物。探索锂周围的局部结构、它们在传导过程中的动态变化，以及它们作为全固态电池固态电解质的潜力，是未来研究的重要领域。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1432002.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1432002.htm

加州大学洛杉矶分校的技术突破可能带来更耐用、更便宜的太阳能电池

加州大学洛杉矶分校的技术突破可能带来更耐用、更便宜的太阳能电池从理论上讲，基于过氧化物的太阳能电池可以用比硅成本更低、更容易获得的原材料来制造；它们也可以用更少的能源和更简单的制造工艺来生产。但是到目前为止，一个绊脚石是过氧化物在暴露于光和热的情况下会分解--这对旨在从太阳中产生能量的设备来说尤其成问题。加州大学洛杉矶分校的博士后研究员和该研究的第一作者YepinZhao拿着一枚基于过氧化物的太阳能电池。资料来源：YangLab/UCLA现在，一个由加州大学洛杉矶分校领导的国际研究合作已经开发出一种方法，在太阳能电池中使用过氧化物，同时保护它不受导致其恶化的条件影响。在最近发表在《自然材料》上的一项研究中，科学家们将少量的离子-也就是带电的原子直接添加到过氧化物中。他们发现，当暴露在光和热下时，增强后的过氧化物晶体不仅更加耐用，而且还能更有效地将光转化为电。通讯作者、加州大学洛杉矶分校工程系CarolandLawrenceE.Tannas,Jr.教授说："可再生能源至关重要。过氧化物将是一个游戏规则的改变者，因为它可以以硅的方式进行大规模生产，而且我们已经确定了一种添加剂，将使这种材料变得更好。"卤化物过氧化物能够将光转化为电，是由于其分子形成重复的立方体网格的方式。这种结构是由带相反电荷的离子之间的键固定在一起的。但是，光和热往往会导致带负电的离子从过氧化物中弹出，这破坏了晶体结构，削弱了该材料的能量转换特性。图中显示了未经改变的过氧化物分子（左）的结构，其中碘离子（紫色）正在迁移；以及添加了钕离子（红色）的过氧化物分子，以帮助保留碘离子。资料来源：YangLab/UCLA钕通常被用于麦克风、扬声器、激光器和装饰玻璃。它的离子大小正好可以嵌在立方过氧化物晶体中，而且它们带有三个正电荷，科学家们假设这将有助于将带负电的离子固定在原位。研究人员在每10000个过氧化物分子中加入了大约8个钕离子，然后测试了该材料在太阳能电池中的性能。在最大功率下工作并在连续光照下超过1000小时，使用增强型过氧化物的太阳能电池保持了约93%的光转换效率。相比之下，使用标准过氧化物的太阳能电池在相同的条件下经过300小时后失去了一半的电力转换效率。研究小组还在没有任何设备取电的情况下对太阳能电池进行了连续照射，这加速了过氧化物的降解。一个使用含钕的过氧化物的设备在超过2000小时后保留了84%的电力转换效率，而一个使用标准过氧化物的设备在该时间后直接无法使用。为了测试材料承受高温的能力，研究人员将带有这两种材料的太阳能电池加热到大约180华氏度。使用增强型过氧化物的太阳能电池在超过2000小时后保持了约86%的效率，而标准的过氧化物装置在这段时间内完全失去了将光转化为电能的能力。在以前的许多旨在使过氧化物燃料电池更耐用的研究中，研究人员已经尝试在材料上添加保护层，但这在很大程度上是失败的。增强材料本身的想法来自于主要作者YepinZhao，他是Yang实验室的一名博士后研究人员。Zhao说，他的灵感来自于一种通常用于生产硅半导体的技术--添加少量的其他化合物来改变材料的特性。Zhao说："离子往往像高速公路上的汽车一样在过氧化物中移动，这导致了材料的分解。有了钕，我们找到了一个路障来减缓交通并保护材料。"Yang说，这一进展可能有助于过氧化物太阳能电池在未来两到三年内进入市场。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1336383.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1336383.htm