这种材料受热不膨胀反而收缩,能让锂电池返老还童?科学家突破性发现登顶自然  第1张

研究意义重大

富锂锰基正极材料电池被认为是推动锂电池未来发展的关键领域,其重要性不言而喻。该材料的研究已取得显著成就,为锂电池的智能化和耐用性提供了新的研究方向。这些成果有望革新电池的设计与使用,同时克服产业化过程中的挑战。此外,它有助于推动新一代锂电池从实验室走向生产线,有效解决现有电池续航能力不足的问题。

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专家对该研究给予了高度认可,强调其学术成就显著。同时,这一成果对电池行业的发展产生了重大影响。若成功实现产业化,电池市场结构将经历显著优化。

高比能优势明显

高比能是衡量电池容量大小的重要指标。以三元锂电池为例,其容量约等于一瓶500毫升的矿泉水瓶。而富锂锰基电池的储存能力则能达到650毫升,相当于更大容量的瓶装水。在体积不变的前提下,富锂锰基电池的续航能力提高了30%。这一显著优势促使它在新能源等多个领域内的需求持续上升。

根据最新数据,电动车辆等应用领域的高能量密度电池大幅增加了续航能力,降低了充电需求,同时增强了使用便捷性,充分展现了富锂锰基电池的优异性能。

材料瓶颈待解

然而,富锂锰基正极材料电池存在缺陷。在应用过程中,其内部结构变得混乱,晶格结构呈现无序,这干扰了电池的正常放电。具体来看,会导致电压降低、电量减少,同时提升电池故障的可能性。

该瓶颈成为产业化发展过程中的重要阻碍,导致电池长期停留在实验室阶段,无法进入市场,大规模生产遭遇诸多挑战,研究人员迫切需要找到有效的解决方案。

团队潜心研发

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宁波材料所的锂电池工程实验室研究团队经过八年的持续深入研究。2018年,该所副研究员邱报在实验过程中观察到,随着温度的升高,富锂锰基正极材料的原子结构变得更为紧密。这一现象被称为“负热膨胀”。

该研究为解决材料老化问题提供了新的希望。研究者持续在该领域深入研究,努力寻求切实可行的解决方案。这些努力旨在帮助富锂锰基电池克服当前面临的挑战。

创新“返老还童术”

实验结果揭示,电池在接近300摄氏度的高温环境下能够恢复其功能。然而,在实际操作中,拆解电池并保护其组件不受高温伤害面临显著困难。因此,研究人员转变了研究焦点,转向研究类似的力量,并最终成功开发出一种基于电化学退火技术的电池修复方法。

该技术采用智能化的充电优化方法,确保电池在电量极低或低电量阶段能正常充放电,并限制循环次数以修复材料损伤。这一过程使材料从无序和不稳定状态逐步恢复至接近初始的有序状态,从而为电池老化问题的解决开辟了新的路径。

成果价值深远

本项研究为应对电池老化问题提供了创新解决方案。从产业角度分析,该成果有助于加速新型锂电池的工业化进程,并增强其使用寿命和稳定性。在科学研究领域,这一突破为研究者提供了在原子尺度上研究材料性质的新方法。

该研究有助于未来科学家在开发更耐用且性能卓越的锂电池方面取得进展。这一成就将对新能源汽车、电子产品等依赖电池的行业带来显著的正向影响。

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