科學(xué)家們用氟化鐵合成了一種能夠提高鋰離子電池容量的陰極材料。

隨著對(duì)智能手機(jī)，電動(dòng)汽車和可再生能源的需求持續(xù)增長(zhǎng)，研究人員正在尋找改進(jìn)鋰離子電池的方法-鋰離子電池是家用電子產(chǎn)品中最常見的電池類型，也是存儲(chǔ)電網(wǎng)規(guī)模能源的潛在方式。布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)已經(jīng)找到了一種提高鋰離子電池能量密度的方法，這可以使電池更耐用，并擴(kuò)大風(fēng)能和太陽(yáng)能的使用。

該團(tuán)隊(duì)還包括馬里蘭大學(xué)和美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家，他們開發(fā)出一種能夠使鋰離子電池電極能量密度增加三倍的陰極材料。

“鋰離子電池由陽(yáng)極和陰極組成，”該團(tuán)隊(duì)的首席科學(xué)家秀林秀說?！瓣帢O材料一直是進(jìn)一步提高鋰離子電池能量密度的瓶頸。”

該團(tuán)隊(duì)合成了一種新的陰極材料，一種改性形式的三氟化鐵（FeF3），由鐵和氟組成，價(jià)格低廉且環(huán)境友好，已知其本身具有比傳統(tǒng)陰極材料更高的容量。通常用于鋰離子電池的材料基于插層化學(xué);雖然有效，但它只傳輸單個(gè)電子，從而限制了陰極。然而，諸如FeF3的化合物可以通過稱為轉(zhuǎn)化反應(yīng)的更復(fù)雜的反應(yīng)機(jī)理轉(zhuǎn)移幾個(gè)電子。

盡管FeF3具有增加陰極容量的潛力，但該化合物在過去由于其轉(zhuǎn)化反應(yīng)的三個(gè)并發(fā)癥而在鋰離子電池中效果不佳：能效差（滯后），反應(yīng)速度慢，以及副反應(yīng)可以降低其騎行壽命。為了克服這些挑戰(zhàn)，科學(xué)家們通過稱為化學(xué)替代的過程將鈷和氧原子添加到FeF3納米棒中。這讓科學(xué)家們操縱反應(yīng)途徑，使其更具“可逆性”。