2019诺贝尔化学奖是锂离子电池的胜利!( 八 )

Goodenough 认为他能设计出一种更有效、没有致命缺陷的电池。美孚的电池采用硫化钛作为存储锂离子的负极材料。而 Goodenough 在麻省理工时候十分熟悉金属氧化物材料。据他判断,氧化物电极允许更高电压的充放电。根据物理学定律,可以储存更多能量而且不易爆炸。这值得一试。

钴酸锂·尖晶石·磷酸铁

但还有一个潜在的问题。电极之间储存的可移动的锂离子越多,电极释放的能量越多。Goodenough 考虑到,如果锂在阴极材料中占了很大一部分,当锂离子转移到阳极时,阴极由于失去大量离子中空很可能塌陷。有没有一种金属氧化物能够承受这种影响呢?如果有的话,会是哪一种?这种材料和锂的比例该是多少?

Goodenough 指导两个博士后助手有条不紊研究一系列金属氧化物结构。他让助手们确定在锂游离需要的电压(他的期望值远高于 Whittingham 电池的2.2V)以及游离锂离子的比例。

结果显示电极可以承受4伏的电压,有一半的锂游离出来。这足够用于可重复使用的电池。在他们测试的氧化物中,助手们发现钴氧化物是最好最稳定的材料。

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