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新型三氟化鐵陰極材料或使鋰離子電池能量密度翻三倍

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量：1012次  |  2020年04月28日  

據(jù)外媒報(bào)道，美國(guó)馬里蘭大學(xué)（UniversityofMaryland,UMD）、美國(guó)能源部國(guó)立布魯克哈文實(shí)驗(yàn)室（BrookhavenNationalLaboratory）及美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室（USArmyResearchLab）研發(fā)并研究了新款陰極材料——一款經(jīng)過改動(dòng)設(shè)計(jì)的三氟化鐵（irontrifluoride，F(xiàn)eF3），該材質(zhì)或?qū)⑹?a href="/keywords/lilizi/" class = "seo-anchor" data-anchorid=121 target="_blank">鋰離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，這重要得益于插層化學(xué)（intercalationchemistry）方法。然而，像三氟化鐵這類復(fù)合物通常會(huì)通過更為復(fù)雜的轉(zhuǎn)化反應(yīng)（conversionreaction）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)存在三大類問題：能效低（滯后現(xiàn)象，hysteresis）、反應(yīng)速率低、副反應(yīng)（sidereactions）或?qū)е落囯x子電池使用壽命縮短。


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（chemicalsubstitution）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（reactionpathway）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（CenterforFunctionalNanomaterials，CFN）采用透射電子顯微鏡術(shù)（transmissionelectronmicroscopy，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-raypowderDiffraction，XpD）光束線，使超亮X射線穿過陰極材料，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，未來的研究也可以采用該方法改進(jìn)其它的電池系統(tǒng)。（本文圖片選自greencarcongress.com）


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