盖世轿车讯 金属氧化物具有较高的存储容量，被视为很有出路的下一代锂离子电池转化型电极资料。转化型电极资料可产生转化反响，在与锂离子反响时，转化成全新的产品。

　　现有商用电池根据一种彻底不同的机制，称为插层(intercalation)。美国能源部布鲁克海文国家试验室功用纳米资猜中心（CFN）电子显微镜组的科学家Sooyeon Hwang标明：“在插层进程中，锂可逆性嵌入电极资料，以及从电极资猜中脱嵌，一起不损坏晶体结构。关于高度安稳的资料来说，只要数量有限的锂离子能够参加。因而，其容量相对低于转化型资料。”

　　韩国京浦国立大学（Kyungpook National University）的助理教授、电化学和X射线吸收光谱学专家Ji Hoon Lee标明：“选用金属氧化物电极资料，能够使更多的锂离子参加转化反响，然后提高电池容量。但是，这些资料的晶体结构与其原始状况彻底不同，这会导致不安稳要素，如在屡次充放电循环后呈现容量衰减等。”

　　多年来，Hwang和来自CFN及其协作组织的搭档，一直在研讨转化型电极资料。此前，研讨人员在高电流下研讨氧化铁电极，发现其在长时刻循环进程中会呈现“动力学妨碍”，导致容量衰减。跟真电池相同，在高电流下，这种电池的充放电速度相对较快。Hwang标明：“假如循环太快，电极资猜中或许呈现锂梯度。例如，在一个方位嵌入或脱出的锂，或许比另一个方位多。”

　　据外媒报导，现在，由Hwang和Lee一起领导的团队，包含来自CFN化学部和布鲁克海文试验室国家同步辐射光源II(NSLS-II)的科学家，在充放电后，经过在更温文的低电流和恒压条件下来运转电池，消除了这些动力学妨碍。虽然试验和实在条件存在距离，了解电极资料的根本层面行为，仍有助于进行新的规划，制作功能更好的电池。

　　根据这种状况，研讨人员在锂离子半电池中，测验两种无毒且运用广泛的金属氧化物之一，即氧化镍或氧化铁资料。Hwang标明：“在开始的研讨中，咱们的方针是经过简略的电化学测验，了解锂嵌入和脱嵌的根本机制。未来的研讨需求运用带两个电极的全电池。”

　　电化学测验标明，在10次循环进程中，电池的电压散布和容量存在明显差异。为了表征循环电极资料的改变，该团队经过三条NSLS-II光束线，包含快速X射线吸收和散射(QAS)、对散布函数(PDF)和X射线粉末衍射(XPD)，并在CFN进行了试验。经过QAS光束线，能够供给每种金属在不同充放电状况下的化学信息，包含氧化态。PDF和XPD光束线，很合适用于确认晶体结构，PDF对原子键的部分装备特别灵敏。

　　从这些X射线同步加速器研讨中，研讨小组观察到，镍在氧化镍中的复原和氧化(氧化复原)反响，和铁在氧化铁中的复原和氧化(氧化复原)反响，不是很可逆。但是，研讨人员并不了解形成可逆反响不彻底和容量阑珊的原因。经过CFN电子显微镜设备中的透射电子显微镜(TEM)，能够获得高分辨率图画。这些图画显现，充电后锂金属氧化物呈现中心相。相比之下，在放电进程中，金属氧化物直接转化为锂氧化物和纯金属。

　　Hwang解说说：“中心相的存在，意味着锂在充电进程中不会彻底脱嵌。跟着时刻的推移，该相层会继续存在并累积。因而，在后续循环进程中，可用锂离子数量会削减，导致周期循环容量继续下降。咱们从前证明，动力学妨碍导致容量衰减。现在，咱们发现，内涵约束要素也能导致容量下降。”

　　鉴于这些成果，研讨小组以为，充放电是经过不同的(“不对称”)反响途径进行。在充电进程中，锂离子脱嵌需求能量，这种反响遵从根据能量转移或热力学的一种途径。另一方面，在放电进程中，锂离子自行嵌入，这种快速的锂分散，遵从由动力学驱动的另一种途径。

　　该团队方案，接下来对其他转化型电极资料(如金属硫化物)进行表征，并在电池循环进程中进行研讨。