据外媒报道，韩国蔚山科学技术大学（UNIST）的研究团队发现了新型阴极材料准锂（quasi-lithium）中产生氧气的原因，并提出了一种材料设计原理来解决这一问题。

图片来源：期刊《Science Advances》

理论上，通过4.5V以上的高压充电，准锂材料可以使电池比现有技术多储存30%至70%的能量。这一进步可以让电动汽车在一次充电后实现高达1,000公里的续航里程。然而，在高压充电过程中，材料内部的氧气会氧化并以气体形式释放，存在很大的爆炸风险。

由能源与化学工程学院教授Hyun-Wook Lee领导的研究小组发现，氧气在4.25V附近氧化，导致部分结构变形和气体释放。

在期刊《Science Advances》上发表的相关论文提出了一种新颖的电极材料设计，旨在通过用电负性较低的元素取代准锂中的一些过渡金属，从根本上防止氧气的氧化。

由于两种金属元素的电负性不同，电子会聚集在电负性较大的元素周围，从而增加过渡金属的电子可用性并防止氧气氧化。相反，当过渡金属中可用电子不足时，氧气会替代并释放电子，导致其氧化和气体排放。

第一作者、UNIST的博士研究员和加州大学洛杉矶分校的博士后研究员Min-Ho Kim解释说：“虽然以前的研究重点是稳定氧化氧以防止其气体排放，但我们的研究与众不同，致力于防止氧气氧化本身。”

此外，这种电子密度的变化可以引起充电电压的上升，从而实现高能量密度。由于能量密度与可用电子数和充电电压成正比，因此替代过渡金属的策略最终可以使电池单位重量储存更多的能量。这个原理类似于大坝的水越多，落差越大，储存的能量就越多。

研究小组通过实验证实了过渡金属（TM）替代的氧氧化抑制效果。用加速器进行的X射线分析表明，用镍替代部分钌可显著减少氧气排放。通过密度泛函理论（DFT）计算实现了电荷重新分布的理论验证。

Lee教授表示：“通过各种实验和理论分析，我们开发了一个技术库，可以指导正极材料研究人员进行材料开发工作。这项工作将有助于开发无爆炸、高能量密度的长距离电池。”