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从无序到有序：零热膨胀材料使老化电池焕发新生
盖世汽车讯 据外媒报道，中国研究人员研发出零热膨胀（ZTE）材料。这一创新使老化锂离子电池（LIB）的电压恢复率接近100%。相关研究成果发表于期刊《自然（Nature）》。
（图片来源：NIMTE）
在电动汽车和飞行器市场，锂离子电池的重要性日益提升。得益于氧-氧化还原（OR）化学，富锂层状氧化物阴极材料可实现超过300 mAh/g的创纪录容量。然而，这类材料长期面临运行不稳定的难题，OR活性虽能将能量密度提升30%，却会引发非对称晶格畸变和电压衰减，从而加速电池老化。
热膨胀是自然界中的常见现象，通常会导致结构无序或精度损失，最终损害材料性能。中国科学院宁波材料技术与工程研究所刘兆平教授团队，联合芝加哥大学（the University of Chicago）等机构，首次在富锂层状氧化物阴极材料中观察到负热膨胀（NTE）行为，该材料在150-250℃范围内受热反而会收缩。这种违背传统热力学观点的现象源于热驱动的无序-有序转变。
研究团队将结构无序性视为可调控参数而非缺陷，揭示了OR活性与NTE系数之间的关联。该论文第一作者邱报表示：“通过调控可逆OR活性，热膨胀系数可在正、零、负状态之间精准切换。"
该团队创建可靠的预测框架，通过精准调控OR活性，率先实现ZTE阴极材料。这类材料能够有效地抵消热膨胀，从而提升结构稳定性和耐久性。
实验显示，当施加4.0 V电压脉冲时，材料晶格结构被重构，电压恢复率接近100%。这一发现表明，智能充电系统或可通过电化学方法，使材料从无序态恢复为原位有序态，有望使电池寿命延长一倍。
该突破不仅为老化电池“返老还童”、老旧电动汽车“焕新”提供可能性，更为ZTE材料工程设计开辟了新的方向。这项研究还启发了高性能器件的自修复功能设计，为材料科学领域带来深远影响。
