研究人员使用鲑鱼DNA开发下一代大容量电池材料

（单击图像可查看全图。）韩国研究团队成功开发了用于锂离子电池的下一代大容量正极材料。它使用鲑鱼和碳纳米管中的DNA来稳定过度沉积的层状氧化物的表面，并通过使用集成的先进分析技术提高了催化剂的性能和使用寿命。

使用鲑鱼和碳纳米管中的DNA来稳定过锂化层状氧化物的表面。通过使用集成的先进分析技术，可以提高催化剂的性能和使用寿命。

韩国研究团队成功开发了用于锂离子电池的下一代大容量正极材料。韩国科学技术研究院（KIST，代理院长尹润仁）宣布，由Kyung Yoon Chung博士（KIST储能研究中心负责人），李相英教授（教授）组成的联合研究小组蔚山国立科学技术研究所（UNIST）的研究人员和Wonyoung Chang博士（KIST能量存储研究中心的首席研究员）通过稳定*过度锂化的层状氧化物的表面来开发高性能的阴极材料（OLO），使用鲑鱼的DNA。

*过锂化层状氧化物（OLO）：通过在材料的层状结构中从过渡金属元素替换为锂元素，来包含大量锂的材料。

在锂离子二次电池中，在充放电过程中在正极和负极之间来回移动的锂离子的量决定了电池系统的能量密度。换句话说，高容量正极材料的开发对于增加锂离子电池的容量是必不可少的。

过度锂化的层状氧化物（OLO）具有250 mAh / g的高可逆容量（与现有的商业化材料的可逆容量只有160 mAh / g相比），长期以来一直作为下一代阴极材料受到关注，可以将电池的储能能力提高50％以上。但是，OLO的主要缺点在于，在充电/放电循环过程中，OLO的分层结构可能会塌陷，从而导致膨胀并导致电池无法使用。

从左到右：Yo允忠博士，张文雄教授李相英

KIST研究小组使用**透射电子显微镜，通过将OLO从表面到内部的特定区域置入特定区域，来分析晶体结构的变化。分析结果证实，通过重复的充电/放电循环，OLO的金属层开始在表面塌陷。

**透射电子显微镜：利用通过高压加速的电子的衍射现象，提供各种材料的形貌，晶体结构和低至原子级的元素信息。

联合研究小组使用鲑鱼的DNA（与锂离子具有很强的亲和力）来控制OLO的表面结构，这是材料降解的原因。然而，鲑鱼DNA显示出在水溶液中聚集的趋势。为了解决这个问题，研究小组合成了将***碳纳米管（CNT）和鲑鱼DNA结合在一起的复合涂层材料。DNA / CNT混合物均匀排列并附着在OLO的表面，从而开发出一种新的阴极材料。

KIST的研究团队执行了综合的先进分析技术（研究了从单个粒子到电极的一系列因素），发现OLO的电化学特性及其结构稳定性的机理得到了改善。所开发的OLO的基于X射线的原位分析结果证实，在充电/放电循环过程中可以抑制结构退化，并改善了热稳定性。

***碳纳米管：仅由碳原子组成的圆柱形纳米结构。

UNIST的Lee Sang-Young Lee教授谈到了这项开发的重要性：“与先前的尝试不同，这项研究使用了DNA（生命的基本单位），为高性能电池材料的发展指明了新的方向。”KIST储能研究中心主任Kyung Yoon Chung说：“这项研究非常有意义，因为它提出了使用集成的先进分析技术来稳定高容量阴极材料的设计因素。基于这项研究，我们将投入更多的精力来开发一种可以替代现有商业化材料的新材料。”

参考：“ DNA包裹的碳纳米管对过分堆积的层状氧化物的化学友好化学活化作用”，作者Ju-Myung Kim，Jae-Ho Park，Eunmi Jo，Hyung-Seok Kim，Seung-Hyeok Kim，Wonyoung Chang，Kyung Yoon Chung和Sang-Young Lee ，2020年1月29日，先进能源材料。DOI：
10.1002 / aenm.201903658

UNIST完成的工作得到了美国陆军研究办公室（ARO），基础科学研究计划和可穿戴平台材料技术中心的支持，并由科学，信息通信技术和未来计划部资助的韩国国家研究基金会（NRF）支持。这项工作也得到了韩国森林研究所和LG Chem电池研发部门的支持。在KIST所做的工作得到了由科学与信息通信技术部和KIST机构计划资助的国家研究基金会（NRF）解决气候变化的技术开发计划的支持。研究的结果作为封面文章发表在最新的《高级能源材料》（3月3日，第10卷，第9期）上，这是一本享有盛誉的国际能源杂志（IF：24.884，占JCR的前1.69％）。