如果電池的使用壽命比現(xiàn)在使用的電池長得多且更便宜，那么電池驅(qū)動的電動汽車及其與碳?xì)浠衔锾峁┑沫h(huán)境效益相比，將變得更加普遍。

實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的一種策略是用低成本鎳替代電池正極中發(fā)現(xiàn)的許多昂貴的鈷，并且該策略的目標(biāo)之一是現(xiàn)在用于某些鋰離子電池中的鎳錳鈷（NMC）正極。電池制造商希望增加NMC陰極中鎳相對于鈷的比例。由于鎳的電化學(xué)特性，這樣做不僅可以降低電池成本，而且可以提高充電容量。

但是以前的研究表明，提高NMC陰極中的鎳含量會引發(fā)有害反應(yīng)，例如與電解質(zhì)溶液的反應(yīng)，這會迅速使電池退化。該過程通常會導(dǎo)致微米級的陰極顆粒破碎，最終使電池?zé)o法充電。西北太平洋國家實(shí)驗(yàn)室的杰曉（JiaoXiao）及其同事現(xiàn)在已經(jīng)找到解決這些問題的方法，制造出一種特別堅(jiān)固且富含鎳的NMC陰極材料。研究小組還發(fā)現(xiàn)了材料在充電周期中發(fā)生物理變化的方式，這一發(fā)現(xiàn)可以幫助研究人員進(jìn)一步改善陰極。

這項(xiàng)工作的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)一種方法來生長微米級的，含鎳量接近80％的NMC單晶-與某些NMC材料相比，鎳含量增加了30–40％。與典型的NMC陰極相比，后者是微米級的納米晶體附聚物，單晶形式具有較少的位置，可發(fā)生不良反應(yīng)，在充電周期中不易碎裂，并可存儲約25％的電荷（Science2020，DOI：10.1126/science.abc3167）。

盡管強(qiáng)壯的材料可以抗摔，但它并非堅(jiān)不可摧。電池測試和顯微鏡顯示，在充電和放電過程中，顆粒的微觀層來回移動，有點(diǎn)像卡片滑出一半然后又回到甲板上。滑動主要是可逆的，是由鋰離子進(jìn)出材料引起的，最終導(dǎo)致微粒中形成微小的裂紋，從而開始了陰極的衰變。

確定了這種機(jī)制后，研究小組正在研究減少滑動損傷的方法。初步結(jié)果表明，保持顆粒小于3.5μm并使陰極在典型的電池電壓4.2V下工作，應(yīng)有助于使堅(jiān)韌的顆粒更堅(jiān)韌。

賓漢姆頓大學(xué)的M.StanleyWhittingham將這項(xiàng)研究描述為“有趣且有影響力”，他因在鋰離子電池方面的研究而獲得了諾貝爾化學(xué)獎，他說，這些結(jié)果為將此類材料用于具有很高應(yīng)用價(jià)值的商業(yè)系統(tǒng)提供了很好的指導(dǎo)。能量密度。

加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校的電池專家ShirleyMeng指出，不僅合成結(jié)果令人印象深刻，而且詳細(xì)的顯微鏡分析也是如此，這表明了這種材料為何耐用的原因。