(圖片來源:phys.org)
鋰離子
電池可為智能手機(jī)、電動汽車等提供動力。隨著科技的進(jìn)步,這種
電池發(fā)生了顯著的變化,并徹底改變了我們的世界。下一步需要開發(fā)更好的電池,為電子設(shè)備提供更持久的動力。提高電池性能的一種有前景技術(shù),是在正極材料中對陽離子進(jìn)行原子取代。然而,要系統(tǒng)地進(jìn)行實(shí)驗(yàn),并確定理想的不同替代基陽離子,過程復(fù)雜且成本高,只能通過模擬來縮小選擇范圍。
以往研究報告過,使用基于模擬的方法,可以改善電池壽命和熱穩(wěn)定性。然而,這反過來會降低電池的放電容量,即電池在一次放電中所能提供的能量。因此,必須進(jìn)行大量研究,以提高陽離子替代物的放電容量。
日本高級科學(xué)技術(shù)研究院(JAIST)的Ryo Maezono教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì),對不同的陽離子進(jìn)行廣泛篩選,以部分替代鎳基鋰離子電池中的鎳,提升電池放電容量。Maezono教授表示:“通過放電曲線,可以確定放電容量。放電曲線是充放電過程中的電壓變化。我們使用第一原理計算來評估材料的放電曲線,然而,這些計算方式成本很高,所以我們整合其它方式,來縮減陽離子替代物選項(xiàng)。據(jù)我們所知,這一研究首次成功預(yù)測陽離子替代物,從而提升電池容量。”
通過“嚴(yán)格約束和適當(dāng)規(guī)范”(SCAN)泛函的重要策略,可以成功預(yù)測放電電壓曲線。然而,由于計算成本很大,利用這種方法進(jìn)行廣泛篩查,是不切實(shí)際的。因此,該團(tuán)隊(duì)首先使用低成本技術(shù),如密度泛函理論和團(tuán)簇展開法(cluster expansion),來確定合適的陽離子替換候選項(xiàng),然后將SCAN泛函應(yīng)用于推斷候選項(xiàng),以確保預(yù)測電壓的可靠性和準(zhǔn)確性。通過篩選過程可以看出,在鎳基鋰離子電池中,用鉑和鈀部分取代鎳,可以獲得最佳放電容量。這些結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)一致,驗(yàn)證了所提出的方法。
研究人員強(qiáng)調(diào)進(jìn)行深入研究的必要性,并對低成本篩查過程持樂觀態(tài)度。Maezono教授表示:“結(jié)果表明,錸和鋨等取代基具有很高的放電容量。然而,這些元素稀有且價格昂貴,將其投入實(shí)際應(yīng)用具有挑戰(zhàn)性。經(jīng)過進(jìn)一步研究,才能在少量取代、多元素取代或陰離子取代的情況下,達(dá)到同樣的效果。我們的創(chuàng)新計算技術(shù),將加速尋找最佳材料,以更低的成本提高電池性能,使我們能夠用無碳替代品取代目前的大部分電力資源。”
(責(zé)任編輯:子蕊)
免責(zé)聲明:本文僅代表作者個人觀點(diǎn),與中國電池聯(lián)盟無關(guān)。其原創(chuàng)性以及文中陳述文字和內(nèi)容未經(jīng)本網(wǎng)證實(shí),對本文以及其中全部或者部分內(nèi)容、文字的真實(shí)性、完整性、及時性本站不作任何保證或承諾,請讀者僅作參考,并請自行核實(shí)相關(guān)內(nèi)容。
凡本網(wǎng)注明 “來源:XXX(非中國電池聯(lián)盟)”的作品,均轉(zhuǎn)載自其它媒體,轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多信息,并不代表本網(wǎng)贊同其觀點(diǎn)和對其真實(shí)性負(fù)責(zé)。
如因作品內(nèi)容、版權(quán)和其它問題需要同本網(wǎng)聯(lián)系的,請在一周內(nèi)進(jìn)行,以便我們及時處理。
QQ:503204601
郵箱:[email protected]