科学家提出设计下一代锂电池理论模型 可显著提升充放电速度和使用寿命

团队采用一种精确的电化学技术，实际测得的嵌入速率远低于以往报道的数值。基于这些数据，团队提 出了新的耦合离子-电子转移理论。该理论指出，真正的电化学限速步骤并非是锂离子的嵌入，而是电 子转移过程，即电极材料被还原以准备接收锂离子的过程。锂离子的嵌入与电子的转移相互促进，共同 决定了反应的整体速率，这为理解电池反应动力学提供了更精确的理论基础。 此次新模型表明，锂离子嵌入电极并非一个孤立的离子行为，而是必须伴随着电子的同步转移。也就是 说，只有当电解质中的电子同时转移到电极材料中，还原该材料以容纳锂离子时，嵌入反应才能高效进 行。这一发现挑战了长期以来的主流假设。过去几十年中，人们在测量锂嵌入速率时经常得到彼此矛盾 的结果，不同实验室的测量值甚至可相差十亿倍，这使得建立统一的理论框架变得异常困难。 美国麻省理工学院团队首次系统测量了多种电池材料中的锂离子嵌入速率，并基于实验数据提出了一种 全新的理论模型，研究人员凭借简单公式即可设计出下一代电池。新成果使电池主导反应机制更快、更 可控，从而显著提升电池的充放电速度和使用寿命，并为人们理解不同材料和界面的反应行为提供了统 一理论视角。研究成果发表在最新一期《科学》 ...