智能手机、电动车与电池储能系统如今能蓬勃发展，锂离子电池功不可没，而如今科学家为了使电池性能更上一层楼，打算运用富含镍的材料打造全新电池阴极，盼能研发续航力更久、更轻便的锂离子电池。
锂电池结构分为电极、电解质与隔离模，锂离子首先会从阴极出发，经过电解质最后抵达阳极，而延长电池寿命、提升性能的办法有千百种，有些科学家从锂阳极着手，想要让电池的储电容量更上一层楼，有些则是将目光转向电解质，希望可以透过更换成固态电解质，降低锂电池易起火自爆的风险。
而此次美国布鲁克黑文国家实验室（BNL）与 SLAC 国家加速器实验室等团队则瞄准电池阴极，该团队指出，目前阴极材料多采用锂钴氧化物，但钴的成本与毒性可说是电池发展的阻碍之一，团队打算利用富镍材料（nickel-rich materials）以减少钴含量。
富镍材料稳定性低
不过研发新电极材料之路总是有许多挑战：富镍材料容易衰退，致使储电容量降低。通常电池充放电时，阴极材料会膨胀与收缩，进而产生压力，假如材料无法迅速排解压力，材料可能就会出现裂缝。
BNL 化学家 Enyuan Hu 表示，富镍是一种相当复杂的材料，它在电池充放电过程中可任意伸长与缩短，因此团队得进一步了解富镍材料的物理与化学变化机制，深入研究镍、钴、锰、氧和锂元素。
该团队已透过同步加速器光源来检测富镍材料的变化，之后再运用 X 光吸收光谱（XAS）研究富镍材料中活性金属离子的原子图。研究指出，富镍材料结构坚固，充放电过程中出乎意料地不会释放大量氧气，且材料衰退的原因皆指向镍。
因此为进一步了解原因，团队再以穿透式 X 光显微镜（TXM）描绘材料的化学变化图与透过机器学习技术分门别类，最终团队发现，材料颗粒中的镍原子氧化态相当不稳定，有些镍原子会维持氧化状态与并失去活性，进而让镍的效率降低，其他实验也指出，这已让材料产生细微裂缝。
团队认为，未来或许可以把富镍材料打造成空心结构，或许就能解决这一问题，先前研究也指出，空心结构的抗压性较实心结构强，而空心结构是否能发挥预期效用，还得持续分析、测试与鉴定。
- Cause of Cathode Degradation Identified for Nickel-rich Materials
（首图为示意图，来源：Flickr/massmatt CC BY 2.0）
