鋰電池在長時間使用之后，續(xù)航能力會明顯下將。這主要是因為在電池循環(huán)過程中形成的雜質(zhì)導(dǎo)致的，現(xiàn)在諾貝爾獎獲得者、可充電鋰電池的發(fā)明者領(lǐng)導(dǎo)的一個團隊可能已經(jīng)找到了這個問題的解決方案--新型涂層。

　　在鋰電池循環(huán)過程中，這些雜質(zhì)會累積在電池富鎳陰極中。而在鋰電池中，鎳雖然是能量密度的關(guān)鍵，但同時它也是不穩(wěn)定的。

　　這導(dǎo)致在第一次充電和放電循環(huán)期間在陰極表面形成雜質(zhì)，這反過來又使電池的存儲容量立即減少 10% 到 18%。

　　此外，鎳在陰極結(jié)構(gòu)的表面下產(chǎn)生了不穩(wěn)定性，隨著時間的推移，這也開始降低電池的存儲容量。

　　2019 年，斯坦利·惠廷安（Stanley Whittingham）與其他兩位科學(xué)家因在 1970 年代開發(fā)鋰離子電池而獲得諾貝爾化學(xué)獎。

　　此后，這項技術(shù)已經(jīng)取得了長足的進步，但包括 Whittingham 在內(nèi)的研究人員仍在努力通過實驗不同的材料來改進它們，而作為陰極的一個有希望的材料是一種名為 NMC 811 的鎳錳鈷材料。

　　在 Whittingham 的帶領(lǐng)下，由紐約州立大學(xué)賓漢姆頓分校、能源部和橡樹嶺國家實驗室的研究人員組成的團隊對 NMC 811 進行了多項化學(xué)研究。

　　希望這將防止陰極中的不穩(wěn)定性，研究人員通過 X 射線和中子衍射研究對這一點進行了調(diào)查。

　　研究者 Hui Zhou 表示：“中子很容易穿透陰極材料，揭示出鈮和鋰原子的位置，這為更好地了解鈮的改性過程是如何工作的。中子散射數(shù)據(jù)表明，鈮原子穩(wěn)定了表面以減少第一周期的損失，而在更高的溫度下，鈮原子取代了陰極材料內(nèi)部更深的一些錳原子以提高長期的容量保持”。

　　通話這種鎳錳鈷材料，在首次充電循環(huán)中就能減少容量損失。后來，它也提供了更好的長期性能，導(dǎo)致在250個充電周期內(nèi)容量保持率達到 93.2%。

　　科學(xué)家們認(rèn)為新的電池設(shè)計有很大的潛力，特別是在高密度存儲是一個優(yōu)先事項的情況下，例如在電動運輸領(lǐng)域。

　　Whittingham 說：“在電化學(xué)性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面讓 NMC 811 成為一種候選的陰極材料，可用于更高能量密度的應(yīng)用，如電動汽車。將鈮涂層與用鈮原子替代錳原子相結(jié)合，可能是提高初始容量和長期容量保持率的更好方法。利用目前NMC材料的多步驟制造工藝，這些修改可以很容易地擴大規(guī)模”。