锰阴极可以增强锂离子电池

可充电锂离子电池的使用率正在不断增长，用于智能手机、笔记本电脑、电动汽车和储能系统等设备。但这些电池阴极常用的镍和钴的供应有限。

美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室(BerkeleyLab)领导的新研究为锰提供了一种潜在的低成本、安全替代品，锰是地壳中第五大金属。研究人员表明，锰可有效用于名为无序岩盐(DRX)的新兴阴极材料。

先前的研究表明，要获得良好的性能，DRX材料必须经过耗能过程研磨成纳米粒子。但新研究发现，锰基阴极实际上可以在粒子比预期大1,000倍的情况下表现出色。

“利用可再生能源发电的方法有很多，但重要的是如何储存它，”伯克利实验室Ceder集团电池技术研究人员、加州大学伯克利分校博士生Han-MingHau说道。

“通过应用我们的新方法，我们可以使用一种既储量丰富又成本低廉的材料，而且与一些商业化的锂离子电池阴极材料相比，这种材料生产所需的能源和时间更少。而且它可以储存同样多的能量，工作效果也一样好。”

研究人员采用了一种新颖的两天工艺，首先从阴极材料中去除锂离子，然后在低温下加热(约200摄氏度)。这与现有的锰基DRX材料工艺形成了鲜明对比，后者需要三周以上的处理时间。

研究人员利用最先进的电子显微镜捕捉了锰基材料在原子尺度上的运动图像。他们发现，在应用该工艺后，该材料形成了纳米级半有序结构，这实际上提高了电池性能，使其能够密集地存储和输送能量。

该团队还利用不同的X射线技术，在宏观层面研究电池循环如何引起锰和氧的化学变化。通过研究锰材料在不同尺度上的行为，该团队开辟了制造锰基阴极的不同方法，并为纳米工程未来电池材料提供了见解。

“我们现在对这种材料独特的纳米结构有了更好的了解，”Hau说道，“并且了解了导致材料发生&luo;相变&ruo;从而改善其电化学性能的合成过程。这是推动这种材料更接近现实世界中的电池应用的重要一步。”