近日，原子能院中國先進研究堆全面開放應(yīng)用取得重要進展!荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的Marnix Wagemaker教授團隊與原子能院核物理研究所中子散射團隊合作，在國際頂級期刊《Nature》(《自然》)上發(fā)表了鋰離子電池領(lǐng)域的最新研究成果，題目為“Chemical short-range disorder in lithium oxide cathodes”(“鋰離子氧化物正極中的化學(xué)短程無序”)。這是兩個團隊在《Nature Sustainability》(《自然可持續(xù)性》)和《Nature Communication》(《自然通訊》)期刊合作發(fā)表論文后的又一創(chuàng)新成果，或?qū)⒋蠓嵘囯姵匮h(huán)壽命和快充性能。
此次研究圍繞有序?qū)訝钛趸镩_展，這是目前鋰離子電池中最重要的正極材料之一。在進行深度充電時，該結(jié)構(gòu)框架容易受到晶格應(yīng)力、結(jié)構(gòu)或機械化學(xué)降解的影響，導(dǎo)致電池容量急劇下降，從而導(dǎo)致電池壽命縮短。Wagemaker教授團隊聯(lián)合原子能院、中國科學(xué)院物理所、清華深研院等單位，提出了一種解決方法，成功將化學(xué)短程無序(Chemical short-range disorder,CSRD)引入到氧化物正極中，精確調(diào)節(jié)了鋰和鈷元素在晶格中的局域分布，使其跨越幾個最近鄰格點的間距，從而顯著提升了鋰電池的循環(huán)壽命和快充性能。研究利用中子粉末衍射技術(shù)獲得鋰和鈷元素的分布特征，發(fā)現(xiàn)大約2.6%的鈷離子位于鋰層中，為證明CSRD結(jié)構(gòu)提供了關(guān)鍵證據(jù)。
a. 正極材料LiCoO2的中子衍射譜
b. LiCoO2的晶體結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)中鋰和鈷元素的分布特征
中國先進研究堆共擁有25根垂直孔道，9根水平孔道，建成15臺中子散射譜儀，性能指標達到整體國際先進、部分領(lǐng)先水平，可開展中子散射、中子成像、中子活化分析、燃料材料考驗、放射性核素生產(chǎn)等工作。2023年以來，中國先進研究堆中子科學(xué)平臺積極面向國內(nèi)外研究機構(gòu)用戶開放，支撐了荷蘭代爾夫特理工大學(xué)、北京大學(xué)、清華大學(xué)、中國科學(xué)院等國內(nèi)外用戶單位百余家實驗課題研究，在國際科技前沿和國家重大需求方面，取得了一系列重要科技成果。
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