颠覆：锂电池双边界不是缺陷 或能提高锂电池性能

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大多数人认为缺陷就是缺陷，而一些来自密歇根理工大学(Michigan Technological University)的研究人员可不这么认为。双边界，即材料中微小的对称性缺陷，或许能够使得锂离子电池的性能提高。将双边界看作是能量高速公路的话，就可以帮助锂离子走的更快，从而提高电池性能。

　　这一成果已发表在Nano Letters，此文颠覆了人们对材质缺陷的传统看法。Reza Shahbazian-Yassar协助领导了本项研究，并同密西根科技大学和纳米技术方向的副教授Richard和材料科学与工程副教授Elizabeth Henes进行联合研究。Anmin Nie是团队中的一名高级博士后研究员，做了本项研究的主要工作。

　　Nie说：包括双边界在内的材料缺陷都是天然的，而过去的研究主要想克服这些缺陷。

　　我们通过观察电池材料的纳米结构，发现了一些材料缺陷如双边界，可以是一个很好的高速锂离子传输通道。锂离子移动的快慢是电池性能好坏的关键因素，移动越快，电池性能越好。

　　锂离子电池是如何工作的

　　Shahbazian-Yassar说道：我们身边电子产品主要靠电池供电。过去几年里，研究人员将注意力主要集中在可充电电池上，尤其是锂离子电池。

　　这是因为锂电池质量轻，能量密度高，能量效率也高。类似于碱性电池，锂电池的运行依赖于锂离子从一极到另一极的运动。用专业术语来说，也就是阳极和阴极之间的游动，从而产生了电流。电池电量低也就意味着阳极和阴极之间的离子交换变少了，而双边界效应有助于锂离子的交换，从而延长电池寿命。

　　双边界基本上是镜像，是映射另一面的原子排列面。它们往往是材料中一个原子转移到另一个位置的结果。

　　Nie对这种双边界效应的解释是，这种边界一定程度上是一种弱点。在没有原子排列图的情况下，一些人认为电极材料的结构是完美的;但是当你在原子尺度上观察时，就会发现这些原子都在同一平面内且是对称的。

　　虽然是材质缺陷，但同时，这种对称性也为锂离子传输的提供了传输线路。Shahbazian-Yassar和他的团队在去年秋天得到了美国国家科学基金会材料研究部的资助，用于研究将双边界作为锂离子传输通道。

　　锂电池的空间就如同拥挤城市里面的狭窄街道，而锂离子就如同狭窄街道上开动的汽车。Shahbazian-Yassar说道：晶体内的可利用空间是锂离子进进出出电极的地方。如果发生了车祸，道路就会堵塞，使得汽车不容易通过，这个道理对电池中的锂离子也适用。

　　锂离子需要开阔的道路，以便能在电极之间穿梭。任何妨碍离子运动的行为，都会减少电池能量或者导致电池功率的降低。

　　本研究小组研究了锡氧化物中的双边界。但Shahbazian-Yassar说：这种效应在其它电池材料中也适用。下一步的研究就是如何最大化将双边界结构的数量和利用材质缺陷这两方面整合起来。找到平衡是研究工作的关键一步，而对于双边界认识的新突破则是提高锂离子电池性能的基础工作。