探尋原子結構 阿貢研發新電池正極材料

近日，美國能源部阿貢國家實驗室表示，他們正在利用先進光子源產生的X射線，從三個不同維度檢測下一代電池正極材料的晶體微結構。根據阿貢國家實驗室的官方描述，這項研究可能會徹底改變汽車、交通和電網的儲能狀況。

據悉，本次實驗的研究人員來自材料科學、化學科學與工程、數據科學和X射線科學，跨學科合作可提供電池材料與化學、X射線散射、計算機編程和復雜數據分析等方面的專業知識。阿爾貢材料科學部首席研究員雷蒙德·奧斯本和斯蒂芬·羅森克蘭茲表示:“這是一個大規模科學合作的好例子，充分利用了阿爾貢國家實驗室的多學科團隊和世界一流的設施來解決復雜的問題。”

這個研究項目的結果是一個重要的新工具。在尋找更好的陰極材料時，科學家利用X射線和電子衍射來確定鋰離子或其他嵌入劑如何形成長程有序結構。這種結構會阻礙金屬離子在陰極的運動，從而阻礙金屬離子在循環過程中的抽出和插入，導致電池性能下降。澄清這些原因后，研究人員可以進一步提高電池性能。

研究團隊認為鈉離子電池是鋰離子電池的替代品。成員們在實驗中測量了高能X射線在晶體中的散射，并確定了不同溫度下晶體結構中鈉離子之間的短程相關性。Rosenkranz認為，這些發現使人們對有序-無序轉變如何限制鈉離子的遷移率有了更好的理解，從而提高了電池陰極的性能。"