新款三氟化鐵陰極材料或使鋰電池能量密度翻三倍

    據(jù)外媒報(bào)道，美國(guó)馬里蘭大學(xué)（University of Maryland, UMD）、美國(guó)能源部國(guó)立布魯克哈文實(shí)驗(yàn)室（Brookhaven National Laboratory）及美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室（US Army Research Lab）研發(fā)并研究了新款陰極材料——一款經(jīng)過(guò)改動(dòng)設(shè)計(jì)的三氟化鐵（iron trifluoride，F(xiàn)eF3），該材質(zhì)或?qū)⑹逛囯x子電池電極的能量密度翻三倍。

    該材料通常被用于鋰離子電池中，這主要得益于插層化學(xué)（intercalation chemistry）方法。然而，像三氟化鐵這類復(fù)合物通常會(huì)通過(guò)更為復(fù)雜的轉(zhuǎn)化反應(yīng)（conversion reaction）傳輸多個(gè)電子。

    盡管FeF3的電勢(shì)可提升陰極的容量，該復(fù)合物在鋰離子電池中的歷史表現(xiàn)并不算好，因?yàn)檗D(zhuǎn)化反應(yīng)存在三大類問(wèn)題：能效低（滯后現(xiàn)象，hysteresis）、反應(yīng)速率低、副反應(yīng)（side reactions）或?qū)е落囯姵厥褂脡勖�縮短。

    為克服這類技術(shù)挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)利用化學(xué)品置換（chemical substitution）工藝向FeF3納米棒（nanorods）加入了鈷院子及氧原子，使得科研人員能操控反應(yīng)途徑（reaction pathway）并實(shí)現(xiàn)可逆反應(yīng)。

    首先，研究人員在功能性奈米材料研究中心（Center for Functional Nanomaterials，CFN）采用透射電子顯微鏡術(shù)（transmission electron microscopy，TEM）觀察FeF3的納米棒，其分辨率高達(dá)0.1納米。

    隨后，研究人員利用國(guó)家同步幅射光源II（NSLS-II）的X射線粉晶衍射（X-ray Powder Diffraction，XPD）光束線，使超亮X射線穿過(guò)陰極材料，然后對(duì)離散的光加以分析，研究人員或能視覺呈現(xiàn)該材料結(jié)構(gòu)的其它信息。

    為評(píng)估該款陰極材料的功能性，將CFN與NSLS-II高度先進(jìn)的圖像及顯微技術(shù)相結(jié)合成為了其中的關(guān)鍵。

    美國(guó)馬里蘭大學(xué)的研究人員表示，該研究策略或能應(yīng)用到其他高能量轉(zhuǎn)換材料中，未來(lái)的研究也可以采用該方法改進(jìn)其它的電池系統(tǒng)。