“科学家为高性能电池设计有机阴极”

美国能源部( doe )布鲁克海文国立研究所的研究人员设计了锂电池用的新型有机阴极材料。 以硫磺为中心，这种材料比锂电池以前传来的阴极材料更高的能量密度、价格效益和环保。 这项研究于2019年4月10日在高级能源材料上发表。

阴极材料的优化

从高端智能手机到电动汽车，日常生活的核心技术都依赖于锂电池。 随着对这些产品的诉求越来越高，科学家们正在研究如何优化阴极材料以改善整个锂电池系统的性能。

商用锂离子电池用于小型电子设备； 但是，为了应对电动汽车的长距离行驶范围，有必要进一步提高它们的能量密度。 布鲁克海文化学系的研究助手zulipiya shadike说，他的第一作者是研究。 我们正在致力于开发具有高能量密度和稳定性能的新电池系统。

brookhaven的研究者们不仅在处理电池系统的能源问题，还在研究更具可持续性的电池材料的设计。 为了寻找能量密度高的可持续阴极材料，研究者选择了硫。 这是安全丰富的元素。

硫可以产生很多结合，意味着可以保存越来越多的锂。 这是因为它有更高的能量密度。 共同作者、国家同步加速器光源ⅱ( nsls -ⅱ)的科学家adrian hunt说。 美国能源部布鲁克海文科学办公室的客户设施。 因为硫也比阴极材料中以前传下来的元素轻，所以用硫做电池的话，电池本身就会变轻。 而且，它工作的汽车可以用同样的电量进一步驱动。

在设计新的阴极材料时，研究人员选择了有机二硫化物。 它只由碳、氢、硫、氧等元素组成，不是典型的锂电池重金属，这些元素对环境的影响很小。 硫电池更安全，能量密集，但也有其他挑战。

夏迪克说，当电池充电或放电时，硫会形成不良化合物，溶解在电解液中，扩散到整个电池中，引起不良反应。 试图通过设计硫原子与有机骨架相连的阴极材料来稳定硫。

基于x射线的详细情况的公开

布鲁克海文化系的科学家设计和合成新材料后，他们将把它带到nsls-ii，以便更好地了解充放电机制。 在两个不同的实验站采用nsls-ii超亮的x射线、x射线粉末衍射( xpd )束线和原位和operando软x射线光谱) ios )束线，科学家们认为如何在特定的元素中采用阴极材料是其性能

利用同步加速器光源研究有机电池材料可能很难。 因为与重金属相比，有机化合物较轻，原子排列较少。 xpd和co首席科学家sanjit ghose说。 - -论文的作者。 幸运的是，我们在nsls-ii有非常高的通量和高能量的x射线束，如果我们有'； 看到'的材料中各元素的丰度和活性含有更轻、更少有序的有机元素。

ghose补充说，化学系的同事根据理论预测的结构设计并合成了阴极材料。 令人惊讶的是，我们的实验注意与理论驱动的结构完全一致。

ios首席科学家、这篇论文的共同作者iradwikanari waluyo在内部监控室中用软x射线直接检测中坚中的氧原子，研究其电子结构后发现，在电池充电和放电前后羰基在碳原子和氧原子之间有双键，可以提高电池的快速充放电能力

根据nsls-ii的结果和加拿大光源的其他实验，科学家们成功地确认了硫原子提供的电池的充放电能力。 研究人员表示，这项研究为改善高性能锂电池硫阴极的性能提供了新的战略。

这项研究得到了能源部能源效率和可再生能源办公室的支持。 nsls-ii的运营得到美国能源部科学办公室的支持。

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