新發現不會造成能量損失的電極材料,可望促進高容量電池開發

 

刊登日期:2021/3/10
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東京大學發表了一項研究成果,研究中指出電極材料Na2Mn3O7持有之氧的電子能在不造成能量損失的狀態下儲存電能。具體而言,Na2Mn3O7以4.23V、4.55V充電後讓Na+脱離,同時氧放出電子而將電能儲存起來。接著進行放電後Na+插入,氧吸收電子,進而供應電能。而重點在於放電是以4.19V、4.52V進行,也就是與目前利用氧的電子的電極材料有所不同,充電與放電之間僅有0.04V、0.03V非常小的電壓差,可讓電能在幾乎不會損失的情況下進行儲存、供應。

為了調查不會發生電能損失的原因,研究團隊透過磁性測定對氧的電子狀態進行了調查,發現氧原子的電子在放出狀態(Ligand Hole)呈現穩定的存在。一般電極材料在氧原子的電子放出時,構造會呈現不穩定化,氧原子之間出現結合,而此動作促使熱能放出,產生能量損失的狀況。然而Na2Mn3O7在氧的電子放出狀態是處於穩定,因此可以實現無能量損失的電能儲存。為了進一步解明形成此現象的原因,研究團隊利用第一原理計算對電子狀態進行了調查,確認放出電子的氧的2p軌道與Mn的3d軌道產生強烈地相互作用,促使氧的電子放出狀態呈現穩定化。

透過此次的研究發現,將可望藉此加速避免產生能量損失(氧原子形成結合)之電極材料的開發,實現電池的高容量化。

資料來源:https://www.t.u-tokyo.ac.jp/shared/press/data/setnws_202101281107298286680691_058772.pdf


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