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2020-09-11
据外媒报道，德克萨斯大学奥斯丁分校(University of Texas at Austin)科学家领导的国际研究小组发现，一些金属氧化物可以储存能量，而且远远超出理论极限，有望成为下一代锂离子电池的关键材料。
图片来源：utexas官网
该团队发现，这些金属氧化物拥有独特的储能方式，其储能能力是目前市面上常见的锂离子电池材料的三倍，有助于打造容量更大、体积更小、充电速度更快的电池。这些电池的性能更优异，可以应用于智能手机、电动汽车等领域。
研究项目负责人Guihua Yu表示：“近20年来，研究领域一直对这些材料超出理论极限的超高储能能力感到疑惑。本项研究的实验证据首次表明，这些材料通过空间电荷储存机制来储存额外的电荷。”为了证明这一现象，该团队找到了一种方法，监控和测量该元素如何随时间变化。参与该项目的包括得克萨斯大学、麻省理工学院、加拿大滑铁卢大学、山东大学、青岛大学和中国科学院的研究人员。
其核心发现是过渡金属氧化物。在这类化合物中，氧和过渡金属(如铁、镍和锌)相结合，将能量存储在金属氧化物中。这与传统方法不同，传统的电池通过让锂离子在这些材料中出入，或者转换晶体结构来储能。研究人员还发现，在一系列常规电化学过程中形成的铁纳米粒子表面，也可以存储额外的电荷容量。
研究显示，大量的过渡金属可以释放额外容量，而且可以收集高密度电子。但是，研究人员表示，要深入了解这些材料的潜力，还有很长的路要走。
研究采用的关键技术是原位磁测技术。利用这种实时磁监测方法，可以研究材料内部电子结构如何演变，还能通过测量磁性的变化，量化电荷容量。这种技术可用于研究小尺度电荷存储，其表征能力超出许多传统表征工具。Yu表示：“本项研究使用的是物理学家常用但在电池界很少使用的技术，并且获得了重要的研究成果。这是物理学和电化学的完美结合。”
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