原始充放电状态下富锂阴极的结构，显示分子O2如何参与O-氧化还原材料的能量存储机制。功劳:牛津大学罗伯特·豪斯博士作为法拉第机构CATMAT项目的一部分，牛津大学的科学家研究下一代阴极材料，在理解富锂阴极材料中涉及的氧氧化还原过程方面取得了重大进展。这篇发表在《自然能源》杂志上的论文提出了一些策略，提供了提高锂离子电池能量密度的潜在途径。牛津大学教授、法拉第研究所首席科学家彼得·布鲁斯(Peter Bruce)表示:“在对锂离子电池能量密度进行渐进式改进的越来越困难的探索中，能够利用氧氧化还原阴极的潜力以及它们相对于当今商业应用中的富镍阴极提供的更大改进具有潜在的意义。“对氧氧化还原的基本机制有了更深入的了解，这是为缓解此类材料目前局限性的策略提供信息的重要一步，使其潜在的商业用途更接近现实。”
法拉第研究所首席执行官帕姆·托马斯(Pam Thomas)表示:“在英国电气化竞赛中寻找开创性的解决方案需要针对行业相关目标的大规模、有重点的研究努力。这是法拉第机构研究人员实现重大科学里程碑的一个例子，这一里程碑开启并加速了寻求电池材料的多种新研究途径，并可能增加未来电动汽车的范围。钻石光源和罗伊斯研究所提供的先进设施的使用促进了这一突破，表明了保持英国研究基础设施实力的重要性。"
电动汽车范围的扩大要求电池材料能够在更高的电压下储存更多的电荷，以实现更高的“能量密度”。提高锂离子阴极材料能量密度的方法有限。大多数目前的阴极材料是包含例如钴、镍和锰的层状过渡金属氧化物。一种研究路线包括在氧化物离子和过渡金属离子上储存电荷。
使用这种氧-氧化还原材料来增加阴极能量密度已经有了一些年的前景，但是实现它们在商业电池中的全部潜力受到它们在第一次充电期间经历的结构变化的阻碍，这些结构变化主要是不可逆的，并且导致在随后的放电和未来循环中可用的电压的显著下降。
一段时间以来，世界各地都在进行一项重要的研究，以揭示氧氧化还原的机制，解释这些结构变化，但对氧化氧本质的清晰理解仍然是这个难题的关键部分。
像RIXS(共振非弹性x光散射)这样的技术在过去已经成功地用于探测氧气的变化。但是通过与钻石光源I21束线的研究人员合作，法拉第机构的研究人员成功地解决了这些RIXS特征，这些特征表明物质主体中的氧化氧物种是分子氧，而不是过氧化物或其他物种。
巴斯大学和CATMAT首席研究员赛义夫·伊斯拉姆教授说:“此外，计算建模已经证明，分子氧的演化既解释了观察到的电化学响应——首次放电时电压的降低——也解释了观察到的结构变化——这是由分子氧在大部分材料中的调节来解释的。”。将分子氧和电压损失联系在一起的单一统一模型使研究人员能够提出避免氧氧化还原诱导的不稳定性的实用策略，为实现更可逆的高能量密度锂离子阴极提供了可能的途径
本文提出了六种不同新颖度的此类策略，所有这些策略都很有前景，并且正在由CATMAT项目进行探索。发展起来的机械论理解将加速每个se领域的研究，为迭代、试错方法提供一种替代方案。在一个新的研究方向上，研究人员正在研究一种独特的“超结构”的发展，在这种结构中，对过渡金属层中锂原子的有序性进行控制，使结构更加稳定，并降低电压损失。
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