日產汽車公司和日產ARC最近宣布,他們開發了一種分析方法,可以直接觀察和量化鋰離子電池正極材料中電子在充電和放電過程中的運動。通過采用這種方法,“有可能開發出高容量鋰離子電池,從而有助于延長純電動汽車的續航里程”(日產汽車)(圖1)。
圖1日產將于2014年大規模生產的商用電動汽車“E-NV 200”。圖為西班牙巴塞羅那一輛出租車選定的原型車。
為了開發高容量、長壽命的鋰離子電池,有必要在電極活性材料和能夠產生大量電子的設計材料中儲存盡可能多的鋰。因此,掌握電池中電子的運動非常重要,但以前的分析技術無法直接觀察到電子的運動。因此,無法定量識別電極活性物質(錳(Mn)、鈷(Co)、鎳(Ni)、氧(O)等)中的哪些元素可以在多大程度上釋放電子。
此次開發的分析方法解決了長期存在的查明充放電過程中電流來源并定量掌握的問題,“世界上第一次”(日產)。因此,可以準確地掌握電池中發生的現象,特別是包含在陰極材料中的活性材料的運動。該成果由日產ARC、東京大學、京都大學和大阪縣立大學共同開發。
使用地球模擬器
這次開發的分析方法既使用了使用L吸收端的X射線吸收光譜法,也使用了使用超級計算機地球模擬器的第一原理計算方法。盡管之前有人使用X射線吸收光譜法分析鋰離子電池,但“K吸收端”是主流。最靠近原子核的K殼層中的電子被束縛在原子中,因此電子不直接參與充電和放電。
這種分析方法采用L吸收端的X射線吸收光譜,可以直接觀察參與電池反應的電子的流動。此外,通過結合使用地球模擬器的第一原理計算方法,可以高精度地獲得以前只能間接推斷的電子運動。
日產ARC使用這種分析方法來分析鋰過剩的陰極材料。結果表明:(1)在高電位下,屬于氧的電子有利于充電反應;
(2) 當放電時,屬于錳的電子有利于放電反應。日產汽車公司和日產ARC最近宣布,他們開發了一種分析方法,可以直接觀察和量化鋰離子電池正極材料中電子在充電和放電過程中的運動。通過采用這種方法,“有可能開發出高容量鋰離子電池,從而有助于延長純電動汽車的續航里程”(日產汽車)(圖1)。
圖1日產將于2014年大規模生產的商用電動汽車“E-NV 200”。圖為西班牙巴塞羅那一輛出租車選定的原型車。
為了開發高容量、長壽命的鋰離子電池,有必要在電極活性材料和能夠產生大量電子的設計材料中儲存盡可能多的鋰。因此,掌握電池中電子的運動非常重要,但以前的分析技術無法直接觀察到電子的運動。因此,無法定量識別電極活性物質(錳(Mn)、鈷(Co)、鎳(Ni)、氧(O)等)中的哪些元素可以在多大程度上釋放電子。
此次開發的分析方法解決了長期存在的查明充放電過程中電流來源并定量掌握的問題,“世界上第一次”(日產)。因此,可以準確地掌握電池中發生的現象,特別是包含在陰極材料中的活性材料的運動。該成果由日產ARC、東京大學、京都大學和大阪縣立大學共同開發。
使用地球模擬器
這次開發的分析方法既使用了使用L吸收端的X射線吸收光譜法,也使用了使用超級計算機地球模擬器的第一原理計算方法。盡管之前有人使用X射線吸收光譜法分析鋰離子電池,但“K吸收端”是主流。最靠近原子核的K殼層中的電子被束縛在原子中,因此電子不直接參與充電和放電。
這種分析方法采用L吸收端的X射線吸收光譜,可以直接觀察參與電池反應的電子的流動。此外,通過結合使用地球模擬器的第一原理計算方法,可以高精度地獲得以前只能間接推斷的電子運動。
日產ARC使用這種分析方法來分析鋰過剩的陰極材料。結果表明:(1)在高電位下,屬于氧的電子有利于充電反應;(2) 當放電時,屬于錳的電子有利于放電反應。
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