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新型锂电池阴极氟化铁铜离子电池容量翻两番

2019/08/15 来源:锡林郭勒盟信息港

导读

布鲁克黑文实验室的王冯教授郑将阴极材料样品诸如XRD衍射仪的样品托里,地点为NSLS II。组里的其他成员(从左到右)为Jianming B

  布鲁克黑文实验室的王冯教授郑将阴极材料样品诸如XRD衍射仪的样品托里,地点为NSLS II。组里的其他成员(从左到右)为Jianming Ba, Eric Dooryhee 和Sanjit Ghose。

  在我们的生活中扮演着非常重要的角色,它为我们的、笔记本、平板电脑或是其他电子设备提供能源,这样这些电子产品才能随身携带而不用时时刻刻连接电源。锂离子电池甚至可以用来驱动汽车。但要制造生产寿命长、能量密度大、效率高的锂离子电池,科学家们势必要找到一种比目前性能更加优良的电池材料。

  在美国能源部的布鲁克海文国家实验室(Brookhaven National Laboratory),其中有一个科研团队对一系列过渡金属氟化物材料进行了研究,过渡金属氟化物材料可被用于制造的阴极。他们发现,在氟化铁中掺杂铜离子能使该材料储存更多的锂离子,容量大概是传统阴极材料的三倍。而且,测试数据表明这种材料制得的阴极的能量效率也会更高。

  该研究成果发表在《自然通讯》上。

  在锂离子电池中,锂离子是在正负极之间不停往返的。当电池处于放电状态时,锂离子被负极接受,电池向外供能。当负极再也接收不到锂离子时,就代表着电池里的电已经用完了。然后,当电池再次充电时,阴极中的锂离子就会返回阳极。这样一来,决定电池性能的一个关键因素就是它能储存多少锂离子。目前的阴极材料(通常由锂制成,会掺杂金属或氧化物)的储存能力并不强。

  过渡金属氟化物通常由氟元素和一种或多种金属元素组成,比如铁和铜,它拥有比传统电极材料更大的容量。可能的原因是储存原理不同。传统的电极材料在分子层与层之间储存离子,也就是 嵌入式储存 ,而金属氟化物是通过可逆的电化学反应来储存离子,称为转化反应。这是一个多步反应过程,金属氧化物失去电子,和氟离子之间的化学键断开,然后锂离子电池和氟离子成键,当然,这个过程是可逆的。

  然而,金属氟化物存在着明显的弊端,因此离在电池上的应用还很遥远,以氟化铜(CuF2)为,虽然它具有非常高的容量,但是它的电化学活性却很低,除此之外,它的转化反应是不可逆的。至于其他金属氟化物材料,像氟化铁(FeF2 和 FeF ),虽然它的转化反应是可逆的,但它的储存容量却很低,能量效率也并不高。

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