西北大學的一個研究小組已經找到了穩定新電池的方法，該電池具有創紀錄的充電容量。基于鋰錳氧化物陰極，這一突破可以使智能手機和電池驅動汽車的充電時間延長兩倍以上。

“這種電池電極實現了所有過渡金屬氧化物電極的最高報告能力之一。它是目前手機或筆記本電腦中材料容量的兩倍以上，”杰羅姆B公司的ChristopherWolverton說道。該研究的負責人是西北麥考密克工程學院的科恩材料科學與工程教授。“這種高容量將代表電動汽車鋰離子電池目標的巨大進步。”

該研究于5月14日在線發表在ScienceAdvances上。

鋰離子電池通過在陽極和陰極之間來回穿梭鋰離子來工作。陰極由包含鋰離子，過渡金屬和氧的化合物制成。當鋰離子從陽極移動到陰極并返回時，過渡金屬(通常為鈷)有效地存儲和釋放電能。然后陰極的容量受到可參與反應的過渡金屬中的電子數量的限制。

法國一個研究小組于2016年首次報道了大容量鋰-錳-氧化物化合物。通過用較便宜的錳代替傳統的鈷，該團隊開發出了一種容量超過兩倍的更便宜的電極。但它并非沒有挑戰。在前兩個周期內，電池的性能顯著下降，研究人員認為它不具備商業可行性。他們也沒有完全理解大容量或降解的化學起源。

在制作了陰極的詳細原子圖片之后，Wolverton的團隊發現了材料高容量背后的原因：它迫使氧氣參與反應過程。通過使用氧氣-除了過渡金屬-來存儲和釋放電能，電池具有更高的儲存和使用鋰的能力。

接下來，西北特種團隊將注意力轉向穩定電池，以防止電池迅速退化。

“憑借充電過程的知識，我們使用高通量計算掃描周期表，找到將這種化合物與其他可以提高電池性能的元素合金化的新方法，”姚振鵬說，他是聯合的第一作者。論文和前博士Wolverton實驗室的學生。

計算指出了兩個要素：鉻和釩。該團隊預測，將這兩種元素與鋰-錳-氧化物混合將產生穩定的化合物，從而保持陰極前所未有的高容量。接下來，Wolverton和他的合作者將在實驗室中對這些理論化合物進行實驗測試。

該研究得到了電化學能源科學中心的支持，該中心是由美國能源部，科學，基礎能源科學辦公室資助的能源前沿研究中心，獎項編號為DE-AC02-06CH11357。目前擔任哈佛大學博士后研究員的姚明和麻省理工學院的博士后研究員SooKim都是Wolverton實驗室的前成員，并擔任該論文的共同第一作者。