锂离子(或锂离子)电池是可充电电池领域的重磅炸弹。随着电动汽车在世界上变得越来越普遍，一种利用丰富的锰(Mn)的高能量、低成本电池可以成为一种可持续的商业选择，并在汽车工业中得到应用。目前，用于驱动电动汽车(ev)的电池是镍(Ni)和钴(Co)基电池，对于一个对电动汽车需求日益增长的社会来说，这可能是昂贵且不可持续的。通过将正极材料转换为锂/锰基材料，研究人员的目标是保持镍/钴基材料的高性能，但成本低，可持续发展。
研究人员于2024年8月26日在ACS中央科学杂志上发表了他们的研究结果。
锂离子电池在可充电电子产品领域并不是新玩家，但总有办法创新和改进已经可靠的方法。LiMnO2作为一种电极材料在过去已经被研究过，但一直受到电极性能的限制。
通过对不同LiMnO2多晶的系统研究，发现单斜层状结构域有效地激活了结构向尖晶石样相的转变。根据这一发现，具有单斜层状结构和高表面积的纳米结构LiMnO2已通过简单的固态反应直接合成，”该研究的作者和研究员Naoaki Yabuuchi说。
单斜晶系是指固体晶体结构的群对称类型。单斜对称的Li/Mn排列似乎是使LiMnO2成为正极材料可行选择的关键。如果没有单斜畴允许的结构相变，由于LiMnO2的次优晶体结构和伴随的相变，电极性能将受到限制。
在观察和测试了各种多态后，确定了所需的结构可以直接从两个组分合成而不必使用中间步骤。由此产生的材料与镍基层状材料具有竞争力，并且具有出色的快速充电能力，这对于电动汽车来说是必不可少的。
通过简单的煅烧工艺合成了具有单斜层状结构的纳米结构LiMnO2，其产品的高能量密度达到820瓦时/千克(Wh kg-1)，而镍基层状材料的密度约为750瓦时/千克，其他低成本锂基材料的密度约为500瓦时/千克。
使用纳米结构的LiMnO2也没有电压衰减的报道，这在锰基材料中很常见。电压衰减是一种电压逐渐降低的现象，随着时间的推移会降低电子设备的性能和响应性。然而，对于纳米结构的LiMnO2来说，这似乎不是一个可观察到的问题，LiMnO2是这项研究的主题。
虽然有很有希望的结果，但可以观察到一个实际问题:锰的溶解。随着时间的推移，锰会由于许多因素而溶解，例如相变或与酸性溶液反应。幸运的是，这可以通过使用高浓度电解质溶液和磷酸锂涂层来抑制或完全缓解。
研究人员希望他们的发现有助于开发一种比化石燃料更可持续的能源，尤其是在电动汽车方面。与镍基材料相比，LiMnO2的性能具有具有竞争力的能量密度，表明潜在的替代材料可以生产环境友好型产品，这些产品在生产和长期投资中都是可持续的。纳米结构limno2基电极材料的理想未来将涉及豪华电动汽车行业的商业化和工业生产。
来自横滨国立大学化学与生命科学系的宫冈优香、小黑尤娜、宇田洋介和山口直明，还有来自横滨国立大学先进化学能源研究中心的宇田洋介和山口直明，东京电机大学应用化学系的佐藤高仁，名古屋工业大学材料科学前沿研究所的近藤早香、中野光和中山正信，新南威尔士大学化学学院的Damian Goonetilleke和Neeraj Sharma，澳大利亚国立大学化学研究学院的Alexey M. Glushenkov，岛根大学能源材料学院的Satoshi Hiroi和Koji Ohara, Tosoh公司的Koji Takada和Yasuhiro Fujii对这项研究做出了贡献。
JSPS，科学研究资助计划，JST, next计划:数据创建和利用型材料研究与开发项目，JST采用创新研究生态系统可持续伙伴关系(ASPIRE)， JST卓越绿色技术(GteX)计划，澳大利亚研究委员会，光子工厂计划咨询委员会，日本同步辐射研究所(JASRI)，爱知同步辐射中心，澳大利亚核科学与技术组织(ANSTO)使这项研究成为可能。
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