德州大學達拉斯分校（UT Dallas）的研究人員在鋰離子電池技術領域取得重大突破。他們成功確定了鋰鎳氧化物（LiNiO₂）電池退化的根本原因，並開發了一種創新的結構加強方法，有望開發更耐用的鋰離子電池，並最終實現商業化應用。該研究成果發表在《Advanced Energy Materials》期刊。
LiNiO₂做為一種極具潛力的下一代鋰離子電池材料，因其較長的壽命而備受關注。然而，儘管早在1950年代就被發現、並被認為是理想的正極材料，其商業化進程一直受阻於反覆充電循環後的退化問題。這種退化主要源於不可逆的相轉變、陽離子混合和氧原子損失，特別是在高電壓條件下，導致電池容量快速下降。
為解決這個長期困擾業界的挑戰，UT Dallas的研究團隊採用先進的計算建模技術，深入分析LiNiO₂在充電最後階段的原子級過程。他們發現，LiNiO₂結構中涉及氧原子的化學反應是導致材料不穩定和產生裂紋的主要原因。基於這一突破性發現，研究團隊提出一種理論解決方案：透過引入帶正電的離子（陽離子）來加強材料結構，創造出能夠穩固正極的「支柱」，有效增強材料穩定性並抑制退化。
▲ Matthew Bergschneider和其他研究人員發現鋰鎳氧化物電池退化原因（Source：德州大學達拉斯分校）
這項研究是BEACONS計畫的重要組成部分。BEACONS計畫於2023年啟動，獲得美國國防部3,000萬美元的資金支持，旨在開發並商業化新型電池技術與製程，提升關鍵原材料的國內供應，並為不斷擴大的電池儲能產業培養高階人才。
材料科學與工程教授、BEACONS計畫主任趙敬載博士（Dr. Kyeongjae Cho）表示：「現在我們已經清楚了解問題的根源，正在積極尋求解決方案，以期將這項技術應用於包括手機和電動車在內的各類產品中，顯著延長電池壽命。」
研究的第一作者、博士生馬修·伯格施奈德（Matthew Bergschneider）正在建立一個基於機器人技術的實驗室，用於用於製造和測試電池原型。他透露，團隊計劃先製造少量電池以優化整體過程，隨後在BEACONS設施中大規模生產，目標每週製造數百個電池，最終實現商業化。
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（首圖來源：shutterstock）
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