小小一节电池却藏着难倒科学家的问题如何提高电池的容量？如何增加电池的寿命，同时降低成本？这是科学界、产业界和全社会公共关注的问题国际顶级期刊Cell的姊妹刊十几个单位合作东北大学为论文第一单位采用世界首个超高效率共振非弹性X射线散射全谱图东北大学的他，给出了答案！东北大学冶金学院代克化副教授与来自十几个单位的研究人员合作，在影响高容量锂/钠离子电池正极材料循环寿命的关键问题上取得重要理论突破。12月12日，该项成果在线发表在国际顶级期刊Cell的姊妹刊Joule上，东北大学为论文第一单位。这一研究将为人们进一步开发高容量、长寿命的新型二次电池正极材料提供方向性理论依据。作者代克化东北大学冶金学院副教授个人简介代克化，2008年7月毕业于北京大学化学与分子工程学院，先后获理学学士、博士学位；2008年至今任东北大学冶金学院副教授；2013年1月至2014年6月和2016年9月至2018年9月在美国劳伦斯伯克利国家实验室进行访问研究。主要研究领域为锂离子和钠离子电池正负极材料，同步辐射X射线谱学。先后在能源、材料及电化学领域的顶级刊物如Joule、Energy & Environmental Science、JACS、Nano Energy等期刊上发表多篇文章。代克化在指导学生实验刘杲美国劳伦斯伯克利国家实验室终身研究员杨万里美国劳伦斯伯克利国家实验室终身研究员论文部分作者合影研究背景当前，人们迫切希望可充电电池具有更高容量、更长寿命和更低成本。在锂离子电池和新兴的钠离子电池的主要组成部分中，以过渡金属氧化物为主的正极材料是提高能量密度的主要制约因素。如何提高正极材料的容量是当今科学界、产业界和全社会共同关注的焦点。在电池充放电过程中，随着电流的发生，电池内部也在发生得失电子的氧化还原反应，这些反应是影响电池容量的关键，传统的正极材料，只有金属离子发生这样的反应。近些年的研究则发现，设计新的材料，激活其中的氧元素发生化学反应可以额外获得一倍以上的容量，从而有望大幅提高电池的能量密度。但是这种新的化学反应上空还漂浮着一朵致命的“乌云”，这就是反应的可逆性。反应必须高度可逆，电池才能在大幅提高容量的同时拥有长寿命。此前一些研究学者认为只有昂贵的钌、铱等元素氧化物才可以实现氧的可逆反应，这就必然大幅度提高电池成本；还有一些学者认为氧反应从根本上难以实现可逆，所以应该抑制它来提高正极材料循环寿命。因此，对低造价（不含四五周期金属元素）过渡金属氧化物中晶格氧的氧化还原反应可逆性的确切、可靠、定量的分析成为当下至关重要的焦点问题。研究示意图研究示意图研究成果所使用的电池测试设备针对上述迫切的问题，本研究采用世界首个超高效率共振非弹性X射线散射全谱图(mRIXS)实现了晶格氧反应可逆性和循环保持率的可靠定量，以及对于体相金属阳离子反应的直接定量分析。研究通过可靠的定量表征，澄清了之前对第三周期过渡金属氧化物（3d TM-O）中晶格氧反应可逆性的模糊认识，表明在廉价的3d TM-O中实现高度可逆且稳定循环的晶格氧反应是可行的。这样，在关键的“十字路口”上，本研究为继续发展和改进高容量电池正极材料指出了正确可行的方向，具有极为重要的理论和现实意义。进行同步辐射测试的工作原理示意图进行同步辐射测试的实验站示意图进行同步辐射测试的实验站相关论文信息原文刊载于Cell Press细胞出版社旗下期刊Joule（《焦耳》）。Joule是全世界最权威的学术杂志之一《细胞》（Cell）杂志的姊妹刊，主要发表能源领域中的最新研究发现和科研进展。涉及电池、催化、太阳能、生物能源、热传递等相关领域。论文标题：（点击可查看原文）High Reversibility of Lattice Oxygen Redox Quantified by Direct Bulk Probes of both Anionic and Cationic Redox Reactions论文网址：https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(18)30563-4DOI:https://doi.org/10.1016/j.joule.2018.11.014相关报道CellPress细胞科学X-MOL资讯来源 | CellPress细胞科学、X一MOL资讯、冶金学院编辑 | 席书燕 候佳钰 董慧责编 |赵春时王延邦 周洛琦✬如果你喜欢这篇文章，欢迎点赞并分享到朋友圈✬投稿&加入我们neuxcbtg@163.com推荐阅读▶新的一年，校园网免费了？别着急，*不止这一个！▶再见2018，你好2019！快来抽取你的新年幸运签▶【你还记得吗？】2018年，我在东大认识了TA!↓↓↓为东北大学，请点赞！！！

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