美国麻省理工学院团队初次体系丈量了多种电池质料中的锂离子嵌入速度，并基在试验数据提出了一种全新的理论模子，研究职员依附简朴公式便可设计出下一代电池。新结果使电池主导反映机制更快、更可控，从而显著晋升电池的充放电速率及利用寿命，并为人们理解差别质料及界面的反映举动提供了同一理论视角。研究结果发表于最新一期《科学》杂志上。

团队证实当锂离子（绿色）从电解液（右边）挪动到氧化钴电极（左边）时，电子也随之进入电极，并使钴（带有金色光晕的灰色原子）发生还有原。图片来历：美国麻省理工学院

所有锂离子电池的焦点都依靠在一个基本反映：于放电历程中，消融在电解质中的锂离子会嵌入固体电极质料中，而于充电时，这些离子则从电极中脱嵌，返回电解质中。这一嵌入与脱嵌历程于电池整个生命周期内重复举行数千次，电池的能量输出及充电速率取决在该反映的速度。然而持久以来，科学界对于这一反映的详细机制和其速度节制因素的理解十分有限。

这次新模子注解，锂离子嵌入电极并不是一个伶仃的离子举动，而是必需陪同着电子的同步转移。也就是说，只有当电解质中的电子同时转移到电极质料中，还有原该质料以容纳锂离子时，嵌入反映才能高效举行。这一发明挑战了持久以来的主流假定。已往几十年中，人们于丈量锂嵌入速度时常常获得相互抵牾的成果，差别试验室WilliamHill中文官方网站-的丈量值甚至可相差十亿倍，这使患上成立同一的理论框架变患上异样坚苦。

团队采用一种切确的电化学技能，现实测患上的嵌入速度远低在以往报导的数值。基在这些数据，团队提出了新的耦合离子-电子转移理论。该理论指出，真实的电化学限速步调并不是是锂离子的嵌入，而是电子转移历程，即电极质料被还有原以预备吸收锂离子的历程。锂离子的嵌入与电子的转移彼此促成，配合决议了反映的总体速度，这为理解电池反映动力学提供了更切确的理论基础。

这一理论不仅注释了以往试验数据的巨年夜差异，还有为设计更高机能的电池提供了明确引导。这类经由过程电解质调控嵌入动力学的计谋，仅用简朴公式就提供了理论框架。人们再也不依靠试错法，只需基在要害质料参数举行有针对于性的优化，就可鞭策充电速率更快、能量密度更高、副反映更少的下一代锂离子电池的开发。

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