Zhao Zhuqing

人民网北京4月18日电(记者赵竹青)在电动汽车续航焦虑日益凸显的今天，中国科学院宁波材料技术与工程研究所动力锂电池工程实验室传来振奋人心的消息：科研团队在国际上首次揭示了富锂锰基正极材料的“负热膨胀”特性，开创性地提出让老化电池“返老还童”的创新方法。成果于北京时间4月16日发表于国际顶级学术期刊《自然》。

Als potentiellstes Kathodenmaterial für Lithiumbatterien können Kathodenmaterialien auf Lithium-Basis auf Manganbasis die Energiedichte bestehender Lithiumbatterien mit einer Kapazität von 30 mA-Stunden pro Gramm um mehr als 0 % erhöhen, haben gleichzeitig erhebliche Kostenvorteile und gelten als die "Stars von morgen", um den Engpass der Reichweite von Elektrofahrzeugen zu durchbrechen. Die strukturelle Unordnung, die durch dieses Material beim Laden und Entladen verursacht wird, führt jedoch zu der hartnäckigen Krankheit des "Alterns" der kontinuierlichen Dämpfung der Batteriespannung, die den Industrialisierungsprozess für lange Zeit einschränkt.

Angesichts dieses Dilemmas stellte das Team des Ningbo Institute of Materials im Experiment unerwartet fest, dass das Kathodenmaterial auf Lithium-Manganbasis beim Erhitzen "schrumpft" und die Eigenschaften der "negativen Wärmeausdehnung" aufweist, die der "thermischen Ausdehnung und Kältekontraktion" herkömmlicher Substanzen völlig entgegengesetzt sind. Erstaunlicherweise kann durch die Einstellung der Sauerstoffaktivität dieses Kathodenmaterials sein Wärmeausdehnungskoeffizient flexibel gesteuert werden, so dass zwischen positiv, null und negativ umgeschaltet werden kann.

Basierend auf dieser Eigenschaft entwarf das Forschungsteam ein Kathodenmaterial mit "null Wärmeausdehnung". Dieses neue Kathodenmaterial hat fast keine Volumenänderung, wenn sich die Temperatur ändert, und soll das Problem der Verkürzung der Lebensdauer von Lithiumbatterien aufgrund von Temperaturschwankungen lösen und neue Möglichkeiten für die Entwicklung der Hochenergie-Lithiumbatterietechnologie der nächsten Generation bieten.

Das Forschungsteam hat auch eine neue Methode entwickelt, um alternde lithiumreiche Batterien auf Manganbasis elektrochemisch zu "verjüngen": Indem die Batterie ohne volle Ladung mehrmals kontinuierlich zyklisiert werden kann (z. B. 100 % Ladung), kann die durchschnittliche Entladespannung der Batterie wieder auf nahezu 0 % gebracht und die strukturellen Schäden des lithiumreichen Kathodenmaterials auf Manganbasis repariert werden. Diese Erkenntnis liefert eine neue Idee, um die Lebensdauer von lithiumreichen manganbasierten Batterien zu verlängern: Durch eine intelligente Anpassung der Ladestrategie können die strukturellen Probleme von lithiumreichen manganbasierten Kathodenmaterialien regelmäßig behoben und so die Lebensdauer der Batterie deutlich verlängert werden.

Die Gutachter der Fachzeitschrift Nature kommentierten: "Diese Forschungsergebnisse fördern nicht nur den grundlegenden wissenschaftlichen Fortschritt auf dem Gebiet der Batterien, sondern liefern auch neue Leitprinzipien für das Design von Funktionsmaterialien, was von wichtiger interdisziplinärer Bedeutung ist." ”