突破性研究揭密：新一代鋰電池技術的關鍵轉機

在與法國研究機構的跨國合作中，Skoltech的科學家們推翻了一個長期困擾鋰電池領域的假設，為新一代鋰電池技術的發展帶來曙光。這項發表於《Nature Materials》的研究顯示，先前被認為是鋰電池效能衰退的關鍵因素——氧分子生成，實際上可能是實驗過程中的假象。

隨著全球邁向低碳經濟，高效能能源儲存技術成為關鍵。無論是電網級應用、電動車，或是可攜式裝置，鋰離子電池始終是最具發展潛力的電化學儲存技術。其中，採用富鋰正極材料的新一代電池，相較於現行的鋰鎳錳鈷氧化物（NMC）正極電池，能量密度可提升約30%。

然而，富鋰電池的商業化面臨一大挑戰：電壓衰減與容量下降。在電池反覆充放電過程中，正極材料會發生不明原因的退化，導致效能逐漸下降。雖然已知這與NMC材料中氧原子的氧化還原過程有關，但其確切機制仍未被完全理解，這也阻礙了相關技術的突破。

過去的主流假設認為，在電池使用過程中，原本存在於正極晶體結構中的氧原子會形成穩定的O₂分子，這些分子幾乎不具電化學活性，因而導致電池效能衰退。這個假設一度被視為新一代電池技術的致命傷，因為一旦形成O₂分子，就很難逆轉這個過程。

「值得慶幸的是，我們的最新研究將這個假設送入了歷史。」Skoltech Energy的助理教授Dmitry Aksyonov表示，「透過分析X射線散射實驗資料，我們發現那些被認為是導致效能衰退的O₂分子，很可能是實驗過程中的產物。換言之，這些分子的形成可能是由用來偵測它們的X射線所誘發的。」

這項突破性發現解決了長期以來關於NMC正極材料中氧氧化機制的不確定性，為後續研究指明瞭新方向。研究人員指出，與其關注可能形成獨立分子的氧原子，不如專注於穩定所謂的「結構氧」——那些始終保持在晶體結構中，僅在電池運作過程中失去電子的氧原子。這種思路將比原先的分子氧假設更容易實現正極材料的穩定化。

「這項研究完美展現了實驗、理論與電腦模擬的協同效應。」參與研究的Skoltech Energy科學家Andrey Geondzhian強調，「若沒有電腦模擬，我們將無法確定O₂分子是否完全脫離結構。另一方面，實驗資料提供了嚴格的限制條件，讓我們得以提出X射線促進分子氧形成的可能途徑。」

Skoltech Energy主任Artem Abakumov教授表示：「我們希望這項發現能激發新的最佳化策略，在氧氧化、金屬溶解與奈米孔洞形成之間找到最佳平衡，並與塗層和摻雜技術相結合。對這些因素的深入理解，將顯著提升未來基於NMC材料的鋰離子電池使用壽命。」

這項研究不僅為新一代鋰電池技術的發展掃除障礙，更展現了跨國科研合作的重要性。隨著全球對高效能儲能技術的需求日益增長，這項突破性發現無疑為相關領域的研究注入了新的動力。