你是否瞻仰，铁轨为什么存在好多漏洞，而不是完竣的一根？夏天走在沥青路上为什么会有软绵绵的嗅觉？压瘪的乒乓球为什么在沸水中浸泡就不错恢规复样？
其实，这些风景齐与"热胀冷缩"旨趣关联，当温度升高时，分子的热通达加重，分子间的平均距离增大，导致物体推广；反之，物体则收缩。
火车与铁轨 图片开头：作家 AI 生成
但是，糊口中却存在一些"抗拒"的物资，它们在高温条目下体积会收缩，或者在低温条目下体积反而增大。但是，即是这种看似"抗拒"的特色，却不错使锂电板"永生久视"。
富锂锰基正极材料，
容量高却不抓久
传统锂离子电板的正极依靠过渡金属（镍、钴、锰等）的氧化还原响应储存电荷，举例磷酸铁锂电板的正极（磷酸铁锂）通过二价铁和三价铁的改造和锂离子的脱嵌和镶嵌完了电能的储存和开释。而富锂锰基正极（LRM）尽管亦然由锂、过渡金属、氧构成，但是旨趣却与磷酸铁锂正极不同。
正在充电的锂电新能源汽车 图片开头：作家 AI 生成
富锂锰基正极的储能依靠过渡金属氧化还原和阴离子（氧）氧化还原双重孝敬，因此具有比平方锂正极材料更高的容量。富锂锰基正极的容量可达 300 mAh/g，简略是磷酸铁锂正极容量的 1.7 倍，是下一代高能量密度锂电正极的蹙迫候选之一。
尽管富锂锰基材料通过阴离子氧化还原梗阻了传统正极材料的容量极限，但其复杂的多违抗应机制（阴 / 阳离子氧化还原、过渡金属移动、名义重构等）也带来了对其寿命的挑战。在反复充放电历程中，富锂锰基材料的里面结构会从有序变为无序，导致储存的能量无法透顶开释，缩小了使用寿命，放电电压也随之着落。
负热推广，
使富锂锰基材料"性能依旧"
近日，中国科学家在假想历程中发现富锂锰基材料具有受热收缩的特色，况且有助于电板性能的回复，干系收尾发表在《当然》期刊。
假想东说念主员对六种具有不同结构的正极材料进行了系统性的假想，发现总共的材料在电化学轮回前，齐推崇出正热推广（即跟着温度的升高，晶格参数变大，晶格推广）。而对其进行电化学轮回后，具有阳离子氧化还原中心的材料（磷酸铁锂等）在总共这个词温度边界内仍然推崇出正热推广（PTE），而具有阴离子氧化还原中心的材料（锂钌氧化物等）则在特定温度边界内推崇出负热推广（NTE）。
富锂锰基材料在电化学激活前后的晶格参数随温度变化图 电化学激活前（图 f），材料的晶格参数随温度升高而变大，即材料发生正热推广；电化学激活后（图 g），材料的晶格参数随温度升高先变大后变小，即材料先发生正热推广，随后发生负热推广。（晶格参数：晶体物资的基本结构参数，晶胞的物理尺寸）图片开头：参考文件 [ 1 ]
这种负热推广是若何产生的呢？
在富锂材料正极的充电历程中，一部分能量通过可逆的氧化还原响应储存，而另一部分能量则导致材料结构的无序化，这部分能量是不成逆的，形成电极材料的电压和能量遵守的着落。
关于阴离子氧化活性中心的富锂电极材料，温度达到一定边界时，材料里面结构在热能的影响下，发生高能态的无序结构向顽劣态的有序结构改造，况且伴跟着晶格的收缩，推崇出受热负推广的特色。
那么，完了材料无序结构调度为有序结构，是不是就不错处治富锂锰基材料中结构变化导致的电压降和能量遵守着落的问题呢？
谜底是详情的。假想者通过调控富锂材料在响应中的脱锂量（戒指氧 - 氧化还原活性），完了了其从正热推广（PTE）到零热推广（ZTE）再到负热推广 NTE 的连结调控，况且制备出热推广总共接近于零的新式材料，为耐热应力器件的假想提供了新想路。
另一方面，假想者提倡了欺诈电化学驱能源，完了亚稳态材料的动态调控。为了考证电板的电压回复历程，假想东说念主员将富锂锰基正极材料构成的电板在 2 V~4.6 V 电压边界内进行四个周期的轮回，电压衰减约 38.7 mV。而将该电板的截止电压指责至 4 V 时，放电电压擢升约 38.1 mV，具有接近 100% 的电压回复才能。该电化学培植富锂锰基正极的历程与热力学中加热使材料结构变化的历程相通，均完了了材料结构的回复。
糊口中的一些"反推广"材料
基于以上对"热胀冷缩"旨趣的意识，你是否又会产生新的猜疑，冬天的水管为什么容易冻裂？
按常理扩充的话，水应该是遇冷体积收缩才对。其实，水是一种相比荒芜的物资，液态水在 4 ℃ 以上时，受命"热胀冷缩"的规章。但是当温度在 0 ℃ ~4 ℃，会出现反常，温度指责时体积反而会推广，这是因为冰的晶体结构比液态水疏松，水变成冰时，体积会推广，这一特色也讲解注解了为什么当然界中冰频频浮于水面之上。
飘舞在水面的冰 图片开头：作家 AI 生成
热缩管是咱们日常糊口中进行电线培植或者机械部件驻防的常用材料，也有相通于"反推广"的特色。热缩管在常温时具有较大的孔径，但是受热的技术会牢牢地包裹在被保护物体的名义。热缩管受热收缩的风景与高分子材料的特色关联，热缩管材料的交聚会构具有记念效应，在制备历程中通过高和煦外力作用使其临时扩张并快速冷却。当热缩管再次受热时（如用炎风枪加热），材料从"临时扩张景况"回复到原始尺寸，从而细巧包裹住被覆物体。
结语
糊口中老是会存在一些与咱们见地违抗的风景，殊不知有技术恰恰是这些"离别理"的风景，为咱们开发了新想路，从而灵通了新规模的大门，不仅鼓舞了科技的向上，也便捷了咱们的糊口。咱们期待更多"黑科技"材料问世，让科技更好地作事于东说念主类。
参考文件
[ 1 ] Qiu, B., Zhou, Y., Liang, H. et al. Negative thermal expansion and oxygen-redox electrochemistry [ J ] . Nature, 2025.
[ 2 ] Lee J, Urban A, Li X, et al. Unlocking the Potential of Cation-Disordered Oxides for Rechargeable Lithium Batteries [ J ] . Science, 2014.
[ 3 ] Zhou, Y., Cui, H., Qiu, B. et al. Sufficient Oxygen Redox Activation against Voltage Decay in Li-Rich Layered Oxide Cathode Materials [ J ] . ACS Materials Letters, 2021.
[ 4 ] 余相贵 , 郭勇 . 水结冰推广压力测试法子及试验数据分析 [ J ] . 地球 , 2013.
[ 5 ] 谈至明 , 孙明伟 , 任奕 , 等 . 沥青路面条状培植下层的自推广和温度应力 [ J ] . 公路交通科技 , 2009.
[ 6 ] 蔡鹤琴 , 倪克明 . 辐照交联聚乙烯热缩管的研制 [ J ] . 核农学通报 , 1992.
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出品丨科普中国
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