智慧型手機、電動車與電池儲能系統如今能蓬勃發展，鋰離子電池功不可沒，而如今科學家為了使電池性能更上一層樓，打算運用富含鎳的材料打造全新電池陰極，盼能研發續航力更久、更輕便的鋰離子電池。
鋰電池結構分為電極、電解質與隔離模，鋰離子首先會從陰極出發，經過電解質最後抵達陽極，而延長電池壽命、提升性能的辦法有千百種，有些科學家從鋰陽極著手，想要讓電池的儲電容量更上一層樓，有些則是將目光轉向電解質，希望可以透過更換成固態電解質，降低鋰電池易起火自爆的風險。
而此次美國布魯克黑文國家實驗室（BNL）與 SLAC 國家加速器實驗室等團隊則瞄準電池陰極，該團隊指出，目前陰極材料多採用鋰鈷氧化物，但鈷的成本與毒性可說是電池發展的阻礙之一，團隊打算利用富鎳材料（nickel-rich materials）以減少鈷含量。
富鎳材料穩定性低
不過研發新電極材料之路總是有許多挑戰：富鎳材料容易衰退，致使儲電容量降低。通常電池充放電時，陰極材料會膨脹與收縮，進而產生壓力，假如材料無法迅速排解壓力，材料可能就會出現裂縫。
BNL 化學家 Enyuan Hu 表示，富鎳是一種相當複雜的材料，它在電池充放電過程中可任意伸長與縮短，因此團隊得進一步了解富鎳材料的物理與化學變化機制，深入研究鎳、鈷、錳、氧和鋰元素。
該團隊已透過同步加速器光源來檢測富鎳材料的變化，之後再運用 X 光吸收光譜（XAS）研究富鎳材料中活性金屬離子的原子圖。研究指出，富鎳材料結構堅固，充放電過程中出乎意料地不會釋放大量氧氣，且材料衰退的原因皆指向鎳。
因此為進一步了解原因，團隊再以穿透式 X 光顯微鏡（TXM）描繪材料的化學變化圖與透過機器學習技術分門別類，最終團隊發現，材料顆粒中的鎳原子氧化態相當不穩定，有些鎳原子會維持氧化狀態與並失去活性，進而讓鎳的效率降低，其他實驗也指出，這已讓材料產生細微裂縫。
團隊認為，未來或許可以把富鎳材料打造成空心結構，或許就能解決這一問題，先前研究也指出，空心結構的抗壓性較實心結構強，而空心結構是否能發揮預期效用，還得持續分析、測試與鑑定。
（首圖為示意圖，來源：Flickr/massmatt CC BY 2.0）
