鋰鈷氧化物電池和鋰離子氧化鐵電池

據(jù)國(guó)外報(bào)道，近日，阿爾貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(argonnenationallaboratory，簡(jiǎn)稱(chēng)argonnenationalaboratory)科研人員與美國(guó)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(yùn)動(dòng)更大，因?yàn)槠淙萘看螅瑥亩娱L(zhǎng)了電動(dòng)汽車(chē)的電池壽命。

討論為美國(guó)能源部的能源前沿研究中心(EnergyFrontierResearchCenter)支持的項(xiàng)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(shí)驗(yàn)室成員ChunZhanZhenpengYao頂部和阿貢實(shí)驗(yàn)室討論論文的作者(firstauthors)。沃爾弗頓和姚進(jìn)行了計(jì)算，而阿貢的實(shí)驗(yàn)室作為研究的實(shí)驗(yàn)部分。

在充放電過(guò)程中，鋰離子在正極和負(fù)極之間來(lái)回移動(dòng)。當(dāng)電池充電時(shí)，鋰離子回到陽(yáng)極并被儲(chǔ)存在那里。陰極是由鋰離子、過(guò)渡金屬和氧氣組成的復(fù)合物。一般來(lái)說(shuō)，過(guò)渡金屬是鈷，當(dāng)鋰離子從正極到負(fù)極來(lái)回移動(dòng)時(shí)，它能有效地儲(chǔ)存和釋放電流。陰極的電容受過(guò)渡金屬中電子數(shù)量的限制，過(guò)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(guò)長(zhǎng)時(shí)間的討論，研究人員發(fā)現(xiàn)了另一種更便宜、更強(qiáng)大的可充電電池。沃爾弗頓團(tuán)隊(duì)首先采用了兩種新策略來(lái)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(chǔ)存氧氣和釋放電力的能力自然會(huì)新增電池的功率，讓它儲(chǔ)存和使用更多的鋰離子。其他的研究團(tuán)隊(duì)也做了同樣的事情，但很少成功。

通過(guò)數(shù)值計(jì)算，沃爾弗頓和姚發(fā)現(xiàn)了一個(gè)具有可逆化學(xué)反應(yīng)的新公式。首先，這個(gè)團(tuán)隊(duì)用鐵代替了鈷，鐵是元素周期表上最便宜的金屬。然后，通過(guò)計(jì)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(shí)驅(qū)動(dòng)可逆反應(yīng)。更重要的是，電池將從四個(gè)鋰離子開(kāi)始，而不是一個(gè)，新增其容量。鐵和氧將驅(qū)動(dòng)電池發(fā)生反應(yīng)，允許四個(gè)鋰離子在正極和負(fù)極之間來(lái)回移動(dòng)。