电池技能的打破：从原子层面看待富含锂元素的电池
自从200年前伏打初次将铜盘和锌盘堆在一起以来，电池技能现已取得了长足的前进。尽管技能不断从铅酸电池发展到锂离子电池，但仍存在许多应战，如完成更高的密度和按捺枝晶成长。专家们正在竞相处理全球对高能效和安全电池日益增长的需求。
重型车辆和飞机的电气化需求具有更高能量密度的电池。一个研讨小组以为，要想对这些职业的电池技能发生严重影响，有必要进行范式改动。这种改动将使用富锂正极中的阴离子复原-氧化机制。宣布在《天然》杂志上的研讨成果标志着初次在富锂电池资猜中直接观察到这种阴离子氧化反响。
协作组织包含卡内基梅隆大学、东北大学、芬兰的拉彭兰塔-拉赫蒂科技大学（LUT），以及日本的组织，包含群马大学、日本同步辐射研讨所（JASRI）、横滨国立大学、京都大学和立命馆大学。
富锂氧化物是有出路的正极资料类别，由于它们已被证明具有高得多的存储容量。可是，有一个电池资料有必要满意的 "和问题"：资料有必要能够快速充电，对极点温度安稳，并可靠地循环数千次。科学家们需求清楚地了解这些氧化物如安在原子水平上作业，以及它们的根本电化学机制怎么发挥作用，以处理这个问题。
正常的锂离子电池经过阳离子氧化复原作用来作业，当锂被刺进或移除时，金属离子会改动其氧化状况。在这个刺进结构内，每个金属离子只能贮存一个锂离子。但是，富含锂的阴极能够贮存更多。研讨人员将此归功于阴离子氧化复原机制--在这种情况下是氧氧化复原。这是资料的高容量的机制，与传统的阴极比较，其能量贮存简直翻了一番。尽管这种氧化复原机制现已成为电池技能的首要竞争者，但它标志着资料化学研讨的一个支点。
该团队着手使用康普顿散射为该氧化复原机制供给确凿的依据，康普顿散射是指光子与粒子（通常是电子）相互作用后违背直线轨迹的现象。研讨人员在SPring-8进行了杂乱的理论和试验研讨，这是世界上最大的第三代同步辐射设备，由JASRI运营。同步辐射包含狭隘、强壮的电磁辐射束，当电子束被加快到（简直）光速并被磁场逼迫以曲折的途径行进时，就会发生这种辐射。康普顿散射变得可见。研讨人员观察到坐落可逆和安稳的阴离子氧化复原活动中心的电子轨迹是怎么被成像和可视化的，并确认其特征和对称性。这一科学创始可能会改动未来电池技能的游戏规则。
尽管曾经的研讨提出了阴离子氧化复原机制的代替解说，但它无法供给与氧化复原反响相关的量子力学电子轨迹的明晰图画，由于这无法经过规范试验进行丈量。
当研讨小组第一次看到理论和试验成果之间在氧化复原特性方面的一致性时，他们意识到剖析作业能够描绘出担任氧化复原机制的氧气状况，这对电池研讨来说是十分要害的。
"咱们有确凿的依据支撑富锂电池资猜中的阴离子氧化复原机制，"卡内基梅隆大学机械工程系副教授Venkat Viswanathan说。"咱们的研讨为富锂电池在原子尺度上的运作供给了一个明晰的图景，并为规划下一代阴极以完成电动航空提出了途径。高能量密度阴极的规划代表了电池的下一个前沿范畴"。
