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　　浦项科技大学的研究人员展示了一种新颖的单晶合成技术。这一进步显著提高了电动汽车阴极材料的耐用性。他们的研究成果最近发表在材料科学领域著名的国际期刊

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　　高镍阴极材料微观结构随合成温度变化的示意图以及在临界温度下合成单晶的策略

　　锂 (Li) 二次电池广泛应用于电动汽车，其工作原理是在充电时将电能转化为化学能，并在放电时逆向释放电能。此过程涉及 Li+ 离子在阴极和阳极之间的移动。

　　由于锂离子存储容量高，这些电池的阴极材料通常包含镍 (Ni)。然而，传统的镍基材料呈现由众多小晶体组成的多晶结构。这种结构在充电和放电循环过程中容易发生结构退化，从而导致电池寿命大大缩短。

　　为了解决这个问题，一种建议的解决方案是生产“单晶”形式的阴极材料。这种方法旨在通过将镍基阴极材料合成为大的单颗粒或“单晶”，来增强其结构、化学稳定性和耐久性。

　　单晶材料通常在高温下合成，在高温下会经历变硬的过程。然而，合成过程中这种硬化过程的确切机制以及发生的具体条件仍未完全了解。

　　图片来源：Owlie Productions/Shutterstock

　　为了提高电动汽车镍阴极材料的耐久性，研究人员专注于确定有利于合成高质量单晶材料的临界温度阈值。他们在不同的合成温度下进行了实验，以确定在合成特定镍基阴极材料 (N884) 时生产单晶的最佳条件。该团队系统地评估了不同温度如何影响材料的容量和长期性能。

　　研究人员发现，在特定临界温度以下合成的传统多晶材料在用于二次电池时会随着时间的推移而降解。相反，在高于这一临界温度合成这些材料则可以通过一种称为“致密化”的过程生产出高质量的单晶。

　　在致密化过程中，材料内部晶粒尺寸增大，结构内的空隙被紧密填充。这种转变会产生非常坚硬且长时间耐降解的单晶，从而显著提高其耐用性。

　　基于这些见解，研究团队确认在临界温度以上合成单晶代表了一种更有利的材料设计策略。他们还提出了一种合成高质量单晶材料的有效方法。