科学家在模拟电池中看到电子瓶颈

一个包括能源部劳伦斯伯克利国家实验室（伯克利实验室）的研究人员组成的国际研究小组揭示了电子和离子之间的相互作用会减缓下一代电池的关键材料的性能。

五氧化二钒纳米线的扫描电镜图像。插图显示了锂离子插入前后五氧化二钒原子结构的球棒模型。（学分：德克萨斯A & M大学）

由于对更有效的车辆和移动设备的基础上清洁，可再生能源的胃口越来越大，同样的效率，重量轻，能源密集型电池的需求，包装更多的冲床，持续时间更长，充电或放电更迅速。这种结构复杂的五氧化二钒作为一种潜在的纳米结构材料，在锂离子的到达和插入过程中提供了更大的表面积，因此它成为了最先进的锂离子电池的潜在纳米材料。这种质量使得五氧化二钒成为一个很好的候选材料，它是电子和锂离子进入电池的一部分。

”速度，电子可以进入和退出阴极决定多少功率的电池可以提供多快，它可以充电，关键因素在移动电子产品或我们的汽车车队电气化世界的考虑，”David Prendergast说，在分子铸造工作的科学家，美国能源部科学用户设施位于伯克利实验室办公室

但尽管五氧化二钒的潜力，它还没有被广泛采用商业化，因为它的性能低于恒星时，在现实世界中进行测试。

本周发表在《自然通讯》杂志上的新发现揭示了经济放缓的趋势，这表明五氧化二钒纳米线中的电子流由于与锂离子的相互作用而陷入停滞，这种现象被称为“小极化子形成”。

该研究是由Sarbajit Banerjee领导，在德克萨斯科技大学的化学教授；M和用户伯克利实验室分子铸造。Banerjee的团队曾与加斯特和博士后研究员鱼峰梁对这一发现通过在分子铸造用户项目。

Banerjee集团由合成氧化钒纳米线作为使用在加拿大光源扫描透射X射线显微镜模型锂离子正极电子特性的二维地图。他们来到分子铸造厂来解释他们的发现。

这些纳米级的测量提供了证据，钒钒原子附近的电子坐于锂离子和诱导周围的晶体结构的畸变。带电粒子–电子–和相关的局部结构畸变的组合被称为“小极化子”

“小极化子已经提出的锂离子正极材料运输在经济放缓的原因，但他们并没有直接看到直到现在，”梁说。“借助我们的模拟技术，我们能够破译的X射线光谱中的极化子信息。”

“电子，一旦加上锂离子，出现在本质上坐而不动的自由，内容、捕获或搁浅的能量流动，”Prendergast说。

现在，瓶颈已经得到证实，研究人员说，注意力可以转向寻找方法来设计材料，释放电子流。

美国国家科学基金会资助的班纳吉的工作，而美国能源部支持的理论和计算活性分子铸造。

关于劳伦斯伯克利国家实验室

劳伦斯伯克利国家实验室通过推进可持续能源，保护人类健康，创造新材料，揭示宇宙的起源和命运，解决了世界上最紧迫的科学挑战。成立于1931，伯克利实验室的科学知识已被确认为13诺贝尔奖。加利福尼亚大学管理伯克利实验室为美国能源部的科学办公室。更多，点击这里。