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研究发现金属氧化物超强储能机制 可将电池容量提高三倍

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58京牌 ,德克萨斯大学奥斯丁分校(University of Texas at Austin)科学家领导的国际研究小组发现,一些金属氧化物可以储存能量,而且远远超出理论极限,有望成为下一代锂离子电池的关键材料。

图片来源:utexas官网

该团队发现,这些金属氧化物拥有独特的储能方式,其储能能力是目前市面上常见的锂离子电池材料的三倍,有助于打造容量更大、体积更小、充电速度更快的电池。这些电池的性能更优异,可以应用于智能手机、等领域。

研究项目负责人Guihua Yu表示:“近20年来,研究领域一直对这些材料超出理论极限的超高储能能力感到疑惑。本项研究的实验证据首次表明,这些材料通过空间电荷储存机制来储存额外的电荷。”为了证明这一现象,该团队找到了一种方法,监控和测量该元素如何随时间变化。参与该项目的包括得克萨斯大学、麻省理工学院、加拿大滑铁卢大学、山东大学、青岛大学和中国科学院的研究人员。

其核心发现是过渡金属氧化物。在这类化合物中,氧和过渡金属(如铁、镍和锌)相结合,将能量存储在金属氧化物中。这与传统方法不同,传统的电池通过让锂离子在这些材料中出入,或者转换晶体结构来储能。研究人员还发现,在一系列常规电化学过程中形成的铁纳米粒子表面,也可以存储额外的电荷容量。

研究显示,大量的过渡金属可以释放额外容量,而且可以收集高密度电子。但是,研究人员表示,要深入了解这些材料的潜力,还有很长的路要走。

研究采用的关键技术是原位磁测技术。利用这种实时磁监测方法,可以研究材料内部电子结构如何演变,还能通过测量磁性的变化,量化电荷容量。这种技术可用于研究小尺度电荷存储,其表征能力超出许多传统表征工具。Yu表示:“本项研究使用的是物理学家常用但在电池界很少使用的技术,并且获得了重要的研究成果。这是物理学和电化学的完美结合。”

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