由 Kyu-Young Park 教授领导的浦项工科大学研究人员为电动汽车电池中的镍基阴极材料开发出了一种新的单晶合成技术，显著提高了电池的寿命和耐用性。他们的研究成果发表在《ACS Materials & Interfaces》（美国化学学会材料与界面分会）上，强调了合成坚固单晶体所需的临界温度，有助于生产更耐用、更高效的电池。
浦项科技大学（POSTECH）的一个团队在黑色金属与生态材料技术研究生院和材料科学与工程系的 Kyu-Young Park 教授的领导下，与博士生 Kyoung Eun Lee 和校友 Yura Kim 一起取得了重大进展。他们与 POSCO Holdings N.EX.T Hub 合作，成功开发出一种单晶合成技术，大大提高了电动汽车所用阴极材料的使用寿命。
这项研究发表在材料科学领域的国际期刊《ACS Materials & Interfaces》网络版上。
锂（Li）二次电池通常用于电动汽车，通过锂离子在阴极和阳极之间的运动，将电能转化为化学能，并通过发电将化学能释放为电能，从而储存能量。由于锂离子存储容量高，这些二次电池主要使用镍（Ni）阴极材料。传统的镍基材料具有多晶形态，由许多微小晶体组成，在充电和放电过程中会发生结构退化，从而大大缩短其使用寿命。
解决这一问题的方法之一是以"单晶"形式生产阴极材料。将镍基阴极材料制成单个大颗粒，即"单晶体"，可以提高其结构和化学稳定性以及耐用性。众所周知，单晶材料在高温下合成后会变得坚硬。然而，合成过程中硬化的确切过程以及发生硬化的具体条件仍不清楚。
高镍阴极材料的微观结构随合成温度变化的示意图，以及在临界温度下合成单晶体的策略。资料来源：POSTECH
为了提高电动汽车用镍阴极材料的耐用性，研究人员重点确定了合成高质量单晶材料的特定温度，即"临界温度"。他们研究了各种合成温度，以确定合成镍基阴极材料（N884）时形成单晶的最佳条件。研究小组系统地观察了温度对材料容量和长期性能的影响。
研究人员发现，在某一临界温度以下合成的传统多晶材料，在二次电池中长期使用容易发生降解。然而，当合成温度高于这一临界温度时，就能很容易地生产出高质量的单晶体，从而获得寿命更长的材料。
这是由于在超过一定临界温度时材料会发生一种称为"致密化"的过程。在这一过程中，晶粒尺寸增大，内部的空隙被密集填充。经过致密化处理的单晶体非常坚硬，在较长时间内不易降解，从而大大提高了其耐用性。基于这些发现，研究小组证实，在临界温度以上合成单晶体是一种更有利的材料设计策略。他们还提出了合成高质量单晶材料的有效方法。
POSTECH 的 Kyu-Young Park 教授表示："我们推出了一种新的合成策略，以提高镍基阴极材料的耐用性。我们将继续研究，使电动汽车的二次电池更便宜、更快速、更持久。"
编译自/ScitechDaily