Чжао Чжуцин

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》。

Будучи наиболее потенциальным катодным материалом для литиевых батарей, богатые литием катодные материалы на основе марганца могут увеличить плотность энергии существующих литиевых батарей более чем на 30% со сверхвысоким коэффициентом разряда 0 мА часов на грамм, и в то же время имеют значительные преимущества в стоимости, и считаются «звездами завтрашнего дня», чтобы преодолеть узкое место в линейке электромобилей. Однако структурный беспорядок, вызванный этим материалом в процессе зарядки и разрядки, приводит к стойкой болезни «старения» непрерывного затухания напряжения аккумулятора, что надолго ограничивает процесс его индустриализации.

Столкнувшись с этой дилеммой, команда из Института материалов Нинбо неожиданно обнаружила в эксперименте, что богатый литием катодный материал на основе марганца будет «сжиматься» при нагревании, демонстрируя характеристики «отрицательного теплового расширения», которые полностью противоположны «тепловому расширению и холодному сжатию» обычных веществ. Удивительно, но, регулируя активность кислорода в этом катодном материале, его коэффициент теплового расширения можно гибко контролировать, что позволяет ему переключаться между положительным, нулевым и отрицательным значением.

Основываясь на этом свойстве, исследовательская группа разработала катодный материал с «нулевым тепловым расширением». Этот новый катодный материал практически не изменяет объем при изменении температуры и, как ожидается, решит проблему сокращения срока службы литиевых батарей из-за колебаний температуры, а также предоставит новые возможности для развития технологии высокоэнергетических литиевых батарей следующего поколения.

Исследовательская группа также разработала новый метод «омоложения» стареющих литий-богатых марганцем батарей электрохимическими средствами: позволяя батарее непрерывно циклироваться несколько раз без полного заряда (например, 100% заряда), среднее напряжение разряда батареи может быть восстановлено почти до 0%, а структурные повреждения богатого литием катода на основе марганца могут быть отремонтированы. Это открытие дает новую идею для продления срока службы батарей на основе марганца, богатых литием: разумно корректируя стратегию зарядки, структурные проблемы катодных материалов на основе богатого литием марганца могут регулярно ремонтироваться, тем самым значительно продлевая срок службы батареи.

Рецензенты журнала Nature прокомментировали: «Эти результаты исследований не только способствуют фундаментальному научному прогрессу в области аккумуляторов, но и дают новые руководящие принципы для проектирования функциональных материалов, что имеет важное междисциплинарное значение». ”