探寻原子结构 阿贡研发新电池正极材料

近日，美国能源部阿贡国家实验室表示，他们正在利用先进光子源产生的X射线，从三个不同维度检测下一代电池正极材料的晶体微结构。根据阿贡国家实验室的官方描述，这项研究可能会彻底改变汽车、交通和电网的储能状况。

据悉，本次实验的研究人员来自材料科学、化学科学与工程、数据科学和X射线科学，跨学科合作可提供电池材料与化学、X射线散射、计算机编程和复杂数据分析等方面的专业知识。阿尔贡材料科学部首席研究员雷蒙德·奥斯本和斯蒂芬·罗森克兰兹表示:“这是一个大规模科学合作的好例子，充分利用了阿尔贡国家实验室的多学科团队和世界一流的设施来解决复杂的问题。”

这个研究项目的结果是一个重要的新工具。在寻找更好的阴极材料时，科学家利用X射线和电子衍射来确定锂离子或其他嵌入剂如何形成长程有序结构。这种结构会阻碍金属离子在阴极的运动，从而阻碍金属离子在循环过程中的抽出和插入，导致电池性能下降。澄清这些原因后，研究人员可以进一步提高电池性能。

研究团队认为钠离子电池是锂离子电池的替代品。成员们在实验中测量了高能X射线在晶体中的散射，并确定了不同温度下晶体结构中钠离子之间的短程相关性。Rosenkranz认为，这些发现使人们对有序-无序转变如何限制钠离子的迁移率有了更好的理解，从而提高了电池阴极的性能。"