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》。

Como o material catódico mais potencial para baterias de lítio, os materiais catódicos à base de manganês ricos em lítio podem aumentar a densidade de energia das baterias de lítio existentes em mais de 30% com uma capacidade de taxa de descarga ultra-alta de 0 mA horas por grama e, ao mesmo tempo, têm vantagens de custo significativas e são considerados as "estrelas do amanhã" para romper o gargalo da gama de veículos elétricos. No entanto, a desordem estrutural causada por este material no processo de carga e descarga leva à doença teimosa do "envelhecimento" da atenuação contínua da tensão da bateria, o que restringe seu processo de industrialização por muito tempo.

Diante desse dilema, a equipe do Instituto de Materiais de Ningbo descobriu inesperadamente no experimento que o material catódico à base de manganês rico em lítio "encolhe" quando aquecido, mostrando as características de "expansão térmica negativa" que são completamente opostas à "expansão térmica e contração a frio" de substâncias convencionais. Surpreendentemente, ajustando a atividade de oxigênio desse material catódico, seu coeficiente de expansão térmica pode ser controlado de forma flexível, permitindo que ele alterne entre positivo, zero e negativo.

Com base nessa propriedade, a equipe de pesquisa projetou um material catódico com "expansão térmica zero". Este novo material catódico quase não tem mudança de volume quando a temperatura muda e espera-se que resolva o problema de encurtar a vida útil das baterias de lítio devido a flutuações de temperatura e forneça novas possibilidades para o desenvolvimento da tecnologia de bateria de lítio de alta energia de próxima geração.

A equipe de pesquisa também desenvolveu um novo método para "rejuvenescer" baterias antigas à base de manganês ricas em lítio por meios eletroquímicos: permitindo que a bateria seja continuamente ciclada várias vezes sem carga completa (por exemplo, 100% de carga), a tensão média de descarga da bateria pode ser restaurada para perto de 0% e o dano estrutural do material catódico à base de manganês rico em lítio pode ser reparado. Essa descoberta fornece uma nova ideia para prolongar a vida útil das baterias à base de manganês ricas em lítio: ajustando de forma inteligente a estratégia de carregamento, os problemas estruturais dos materiais catódicos à base de manganês ricos em lítio podem ser reparados regularmente, prolongando significativamente a vida útil da bateria.

Os revisores da revista Nature comentaram: "Esses resultados de pesquisa não apenas promovem o progresso científico básico no campo das baterias, mas também fornecem novos princípios orientadores para o design de materiais funcionais, que é de importante importância interdisciplinar". ”