新的基因组方法揭示了电池材料的原子排列

美国能源部(DOE)布鲁克海文国家实验室，石溪大学(SBU)的科学家，美国能源部劳伦斯·伯克利国家实验室(伯克利实验室)的材料项目，加利福尼亚大学，伯克利分校和欧洲合作者共同开发了一种新方法根据从磨碎的粉末样品中收集的数据，破译材料的原子级结构。他们在刚刚发表在《化学材料》杂志上的一篇论文中描述了他们的方法并证明了其解决材料结构的能力，该材料表明了通过钠离子电池穿梭离子的前景。

布鲁克海文实验室的联合作者彼得·哈利法(Peter Khalifah)说：“即使只有粉末样品，我

们的方法也结合了实验，理论和现代计算工具，以提供理解重要功能材料所需的高质量结构数

据。”和SBU。

在某些方面，该技术是逆向工程的一种形式。它不是直接从粉末样品上测得的实验数据中求解

结构，而是解决了许多材料都无法解决的问题，而是使用计算机算法来构建和评估材料的所有

可能结构。通过以这种方式分析与材料关联的“基因组”，即使这种结构太复杂以至于传统的

结构求解方法都失败了，也可以找到正确的结构。

电池阴极冻结架

对于本文中描述的研究，X射线粉末衍射实验是由西班牙合作伙伴Matteo Bianchini和

Francois Fauth在西班牙巴塞罗那的ALBA同步加速器上进行的，该小组是由Christian

Masquelier领导的团队的一部分。科学家利用该设施的明亮X射线束研究了从室温到各种温度

的钠离子电池阴极材料NVPF的原子排列降低到极低的低温温度，在这种温度下大气会液化。这

项工作是必要的，因为当NVPF冷却到低温时，其在室温结构中的紊乱就消失了。而且，尽管电

池在室温附近工作，但解密材料的低温结构仍然至关重要，因为只有这种无序的低温结构才能

使科学家清楚地了解室温下存在的真正化学键。这种化学键合环境强烈影响离子在室温下如何

穿过结构移动，从而影响NVPF作为电池材料的性能。

哈利法解释说：“钠原子周围的键合环境(每个原子有多少个邻居)在低温下与在室温下基本

相同。”但试图在室温下捕捉这些细节就像试图让孩子们坐下来一样仍在拍照。“一切都变得

模糊了，因为离子的移动太快而无法拍照。” 因此，从室温数据推断出的某些粘合环境不正

确。相比之下，低温会冻结钠离子的运动，从而提供钠离子不移动时所在的局部环境的真实情

况。