電池的正極（陰極）和負(fù)極（陽極）是決定其性能的兩個關(guān)鍵部件。尤其值得一提的是，研究人員致力于提高陰極設(shè)計的效率和成本效益，因為陰極在鋰電池的生產(chǎn)成本中占據(jù)相當(dāng)大的比例。

富錳鋰氧化物是一種很有前景的陰極材料，因為它們不使用鈷——鈷價格昂貴、儲量稀少，且存在不道德開采等問題。然而，錳離子的Jahn-Teller（CJT）畸變是其應(yīng)用的主要障礙?？朔@種不穩(wěn)定性一直是研究的一大難題。

圖片來源： 東北大學(xué)

據(jù)外媒報道，日本東北大學(xué)（Tohoku University）先進材料研究所（Advanced Institute for Materials Research，WPI-AIMR）的研究人員提出了一種能夠抑制CJT畸變根本原因的新方法。由此產(chǎn)生的陰極具有長壽命和近乎完美的循環(huán)穩(wěn)定性。

這項研究的科學(xué)意義在于其創(chuàng)新性地運用“界面軌道工程”解決了困擾錳基電池數(shù)十年的結(jié)構(gòu)難題。研究人員并未依賴宏觀涂層或摻雜，而是從原子和電子層面著手解決根本問題，利用非共線界面處的“軌道幾何阻挫”有效地抵消了通常導(dǎo)致材料坍塌的協(xié)同Jahn-Teller畸變。這種基于電子軌道拓?fù)涞脑O(shè)計理念不僅實現(xiàn)了近乎完美的循環(huán)穩(wěn)定性（500次循環(huán)后性能零衰減），而且在電化學(xué)和固態(tài)物理之間架起了一座橋梁，為開發(fā)高性能、抗畸變的能源材料提供了一種新的通用范式。

這項突破預(yù)示著更經(jīng)濟、更耐用、更環(huán)保的電池技術(shù)即將走進人們的生活。目前電動汽車和智能手機的電池嚴(yán)重依賴存在問題的鈷；相比之下，錳儲量豐富、成本低廉且對環(huán)境無害。

圖片來源：東北大學(xué)

這項進步意味著未來可以期待價格更親民、續(xù)航里程更可靠的電動汽車，而無需擔(dān)心電池會隨著時間推移而出現(xiàn)嚴(yán)重的性能衰減。更重要的是，穩(wěn)定且價格低廉的錳基電池可以支持大規(guī)模的風(fēng)能和太陽能存儲，從而加速全球向清潔能源的轉(zhuǎn)型，減少碳排放，并保障生活環(huán)境的長期生態(tài)安全。

“鑒于錳的成本優(yōu)勢，錳基氧化物也是鈉離子電池最有商業(yè)前景的正極材料，”杰出教授Hao Li（WPI-AIMR）說道，并解釋了這項創(chuàng)新研究未來可能的另一個方向。