美國利用兩項研究策略研發(fā)鋰鐵氧化物充電電池

2018-01-19 16:34:53 蓋世汽車　點擊量：評論 (0)

據(jù)外媒報道，阿貢國家實驗室(Argonne National Laboratory)的研究人員與美國西北大學(xué)的沃爾弗頓(Wolverton)小組開展合作，共同研發(fā)了鋰鐵...

據(jù)外媒報道，阿貢國家實驗室(Argonne National Laboratory)的研究人員與美國西北大學(xué)的沃爾弗頓(Wolverton)小組開展合作，共同研發(fā)了鋰鐵氧化物充電電池(鋰離子鐵氧化物電池，regeable lithium-iron-oxide battery)。相較于常見的鈷酸鋰電池(鋰鈷氧化物充電電池，lithium-cobalt-oxide erpart)，其鋰離子的移動量更大，這是由于其電容量較大，從而延長電動車的續(xù)航時間。

該研究獲得了美國能源部旗下的能源前沿研究中心(Energy Frontier Research Center)項目的支持，并將其研究結(jié)果發(fā)布到《自然能源(Nature Energy)》中，沃爾弗頓實驗室博士生Zhenpeng Yao及阿貢實驗室博士后研究員Chun Zhan為該研究論文的第一作者(first authors)。沃爾弗頓與Yao負(fù)責(zé)計算研發(fā)，而阿貢實驗室則負(fù)責(zé)該研究的實驗環(huán)節(jié)。

在電池的充放電過程中，鋰離子會在陽極與陰極間的往復(fù)移動。當(dāng)電池充電時，鋰離子回到陽極并存儲在該處。該電池的陰極則由復(fù)合物制成，其包含了鋰離子、過渡金屬(transition metal)及氧元素。

通常，過渡金屬則選用鈷，當(dāng)鋰離子從陽極與陰極往復(fù)移動時，可高效存儲并釋放電能。陰極的電容量受限于過渡金屬的電子數(shù)量，前者將參與電池內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)。

鈷酸鋰電池已在市場上出售了20年，然而，經(jīng)常長期研究后，研究人員發(fā)現(xiàn)另一款價格相對便宜、電量更高的充電電池。沃爾弗頓實驗室的研究團(tuán)隊在普通鈷酸鋰電池的基礎(chǔ)上提升其性能，主要運用了以下兩種新策略：用鐵元素替代鈷元素、迫使氧元素參與化學(xué)反應(yīng)。

若能存儲氧元素并釋放電能，電池電量自然就會提升，可存儲、利用更多的鋰離子。盡管其他研究團(tuán)隊也曾做過同類研究，但鮮有成功者。

通過數(shù)值計算，沃爾弗頓與Yao發(fā)現(xiàn)了新配方，且該配方的化學(xué)反應(yīng)是可逆的。首先，研究團(tuán)隊用鐵元素替代鈷元素，因為鐵元素是化學(xué)周期表中價格最便宜的一款金屬元素。隨后，通過運算，他們發(fā)現(xiàn)了鋰、鐵及氧離子的正確平衡配比，使氧離子與鐵離子能同時推動可逆反應(yīng)，不會引起氧氣脫出。

更重要的是，該款電池一開始就有4個鋰離子，而非1個，將提升電池的容量。而鐵與氧將驅(qū)動電池發(fā)生反應(yīng)，實現(xiàn)四個鋰離子在電池陽極與陰極間的往復(fù)移動。

沃爾弗頓為此申請了一項專利。該團(tuán)隊接下來將采用其他復(fù)合物，嘗試該策略是否依然能奏效。

原標(biāo)題:美國利用兩項研究策略研發(fā)鋰鐵氧化物充電電池

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