最近中国南开大学的团队通过把微量钨放进富锂层状氧化物（LRLO）的四面体空位，把锂离子电池的电压衰退问题给解决了。LRLO这种材料因为能激活氧的氧化还原反应，能量密度特别高，本来被认为是下一代电动汽车和电网储能的关键。但传统的电池设计让阳离子负责反应，这种方式让能量密度总是有限。而LRLO虽然能提供更高的容量，却因为结构不稳定、过渡金属乱窜、氧气跑掉，还有充电时电压掉得厉害，一直没能大规模应用。之前大家要么给表面涂一层东西，要么在普通格子里加点别的东西，最多也就把电池寿命延长几十个循环而已。现在这群科学家不走寻常路，专门挑四面体这个很难稳定的位置放杂质。他们拿Li₁.₂Mn₀.₆Ni₀.₂O₂做了个模型，加了不到1%的W⁶⁺进去。通过高角度环形暗场成像这种先进技术看出来，钨确实稳稳坐在了四面体的位子上，这还是头一回在实验里看到这种位置被占据。 这个位置对稳定作用特别大。每一个W⁶⁺原子产生的那种长程排斥力，像一堵墙一样挡在了平面上和垂直方向的过渡金属乱窜的路上。一个掺杂原子不光稳住了自己周围这点地方，它的影响范围能达到2纳米宽，比普通原子间的那种影响范围大多了。周围的锂氧多面体像海绵一样把产生的形变给吸走了，让材料在反复快充高电压的折腾下也不会垮掉。 实验数据显示效果很明显。在普通的LRLO材料里，那种蜂窝状的结构只要充放电20次就会没影了；可掺了钨的样品循环了250次都还好好的。原位X射线衍射测出来充电时的晶格变形明显变小了，说明过渡金属迁移被堵住了；电子能量损失光谱也显示氧空位的形成和氧气跑掉的情况被压得死死的。 电化学测试找出了最合适的掺杂浓度是0.75原子百分比。在这个浓度下，电池不仅保持了高容量，用了200个循环之后电压才掉了0.150伏特，比以前的设计强多了。除了眼下的性能提升，这个发现还把人们对掺杂物怎么干活的老看法给打破了。大家觉得用这种效率高的四面体位点掺杂可能是个通用的招数，能让好多多层氧化物系统里的高能阴极变得更稳。Science杂志把这件事报道出来了。