在绿色制造领域，电池技术的革新对于推动可持续发展至关重要。近日，莱斯大学研究团队在锂离子电池研究方面取得突破性进展，为厚电池电极的性能提升提供了新思路。
传统观点认为，通过不同图案化技术在电极材料中创建孔道，可缓解厚电池电极反应均匀性差的问题。然而，由材料科学家唐明领导的莱斯大学研究团队发现，即便厚电池电极所用材料结构相近，其内部化学性质对能量流动及性能的影响也存在差异，电极材料的热力学性质比结构设计更为重要。
研究团队成员李泽元表示，“厚”电池电极虽能储存更多能量，利于延长手机续航或为电动汽车充电，但受可用容量限制，难以快速充放电，存在反应不均匀问题，就像厚海绵灌水，水只会涌入一部分，其余部分干燥。
根据《先进材料》杂志发表的研究，研究人员比较了磷酸铁锂(LFP)和镍锰钴氧化物混合物(NMC)两种常见锂离子电池电极材料。结果显示，在相同循环条件下测试，LFP电极降解速度比NMC电极更快，因锂流不平衡，内部开裂和容量损失更多。
研究人员利用布鲁克海文国家实验室的高分辨率X射线成像技术，追踪锂离子在电极内部的移动轨迹。发现LFP电极在靠近隔膜表面附近有强烈反应“热点”，较深区域基本不活跃，且不均匀性在电池静置后仍存在;而NMC电极反应曲线更加均衡。
莱斯大学材料科学与纳米工程副教授唐明称，材料的热力学性质决定了反应如何扩散，这一发现为电池设计带来新认识，有望提高厚电池电极的效率。
基于这一发现，研究团队开发了名为“反应均匀度数”的新指标，该指标能捕捉影响反应行为的结构和热力学因素，帮助工程师评估电池材料在厚电极中的表现。唐明表示，磨损不均匀的电池会更快报废，浪费存储容量，新指标为工程师在材料、微观结构、几何形状等方面选择正确配方提供了新指导，有助于提高厚电极性能。
