科學家們在修補常用電池材料時想出了一種調整其微觀結構以提高能量密度的方法。這項工作為電動汽車指明了方向，從而使其每次充電都能走得更遠，科學家們希望通過更多的實驗來更進一步地提高其性能。
這項工作由斯科爾科沃科技研究所的科學家進行，重點是電池的兩個電極之一–陰極。在許多鋰離子電池中，這個電極是由被稱為NMC的層狀過渡金屬氧化物製成，其中含有豐富的鎳並由八面體形狀的顆粒組成。
這意味着，當這些粒子中的兩個走到一起時，邊界處不可避免地會有空隙，因為沒有一個會無縫地結合在一起。科學家們能通過調整合成程序來改變兩種常見的NMC的構型，並謹慎地整合惰性鹽以促進球形粒子的形成而非八面體形的粒子。
“我們的材料是一種帶有球形顆粒的單晶NMC，就最大限度地提高密度而言，結合了兩個世界的優點，”研究報告的共同作者Aleksandra Savina解說道，“跟多晶體不同，粉末顆粒沒有內部結構，因此在晶界沒有浪費的空間。但除此之外，跟八面體形的單晶體相比，還可以將更多的球形單晶體裝入相同的有限體積中，因此你在這方面也可以獲得更多的密度。”
根據該團隊的說法，這種新陰極材料提供了高達25%的能量密度的增長。科學家們懷疑，通過對顆粒大小的進一步實驗，甚至可以將更多的能量裝入相同的體積中，也許可以混合較小和較大的顆粒以進一步提高陰極的密度。該設計的另一個有用特點是球形顆粒最大限度地減少了跟電池電解液的表面接觸並減緩了陰極的退化。
研究人員Artem Abakumov教授說道：“就電動汽車電池而言，陰極材料是一個重要瓶頸。為電動汽車提供動力的電池中的陰極往往使用層狀過渡金屬氧化物，包括富鎳的氧化物。我們改進了兩種常用的此類材料，並實現了10%-25%的能量密度的提高。這將轉化為更小的陰極、更緊湊的電池，因此在相同體積下有更大的能量儲存能力。作為一個額外的好處，這種材料的退化速度更慢。”
相關研究已發表在《Energy Advances》上。