鋰鈷氧化物電池和鋰離子氧化鐵電池

據(jù)國外報道，近日，阿爾貢國家實驗室(argonnenationallaboratory，簡稱argonnenationalaboratory)科研人員與美國西北大學(xué)沃爾弗頓合作(natural)，研制出了氧化鐵、鋰可充電電池(li-ionironoxide,rechargeablelithium-iron-oxidebattery)。與普通鋰鈷氧化物電池(鋰鈷氧化物可充電電池、鋰鈷氧化物電池)相比，其鋰離子運動更大，因為其容量大，從而延長了電動汽車的電池壽命。

討論為美國能源部的能源前沿研究中心(EnergyFrontierResearchCenter)支持的項目,和其研究結(jié)果公布到自然能源(NatureEnergy),沃爾弗頓博士博士后研究實驗室成員ChunZhanZhenpengYao頂部和阿貢實驗室討論論文的作者(firstauthors)。沃爾弗頓和姚進(jìn)行了計算，而阿貢的實驗室作為研究的實驗部分。

在充放電過程中，鋰離子在正極和負(fù)極之間來回移動。當(dāng)電池充電時，鋰離子回到陽極并被儲存在那里。陰極是由鋰離子、過渡金屬和氧氣組成的復(fù)合物。一般來說，過渡金屬是鈷，當(dāng)鋰離子從正極到負(fù)極來回移動時，它能有效地儲存和釋放電流。陰極的電容受過渡金屬中電子數(shù)量的限制，過渡金屬將參與電池中的化學(xué)反應(yīng)。

鋰鈷氧化物電池已經(jīng)上市20年了，但是經(jīng)過長時間的討論，研究人員發(fā)現(xiàn)了另一種更便宜、更強大的可充電電池。沃爾弗頓團(tuán)隊首先采用了兩種新策略來提高普通鋰鈷電池的性能:用鐵代替鈷，以及迫使氧氣進(jìn)入化學(xué)反應(yīng)。儲存氧氣和釋放電力的能力自然會新增電池的功率，讓它儲存和使用更多的鋰離子。其他的研究團(tuán)隊也做了同樣的事情，但很少成功。

通過數(shù)值計算，沃爾弗頓和姚發(fā)現(xiàn)了一個具有可逆化學(xué)反應(yīng)的新公式。首先，這個團(tuán)隊用鐵代替了鈷，鐵是元素周期表上最便宜的金屬。然后，通過計算，他們找到了鋰離子、鐵離子和氧離子的正確平衡，這樣它們就可以在不引起氧逸出的情況下同時驅(qū)動可逆反應(yīng)。更重要的是，電池將從四個鋰離子開始，而不是一個，新增其容量。鐵和氧將驅(qū)動電池發(fā)生反應(yīng)，允許四個鋰離子在正極和負(fù)極之間來回移動。