鉅大LARGE | 點擊量：700次 | 2022年02月18日
鋰鐵氧化物充電電池誕生？
核心提示：據外媒報道，阿貢國家實驗室的研究人員與美國西北大學的沃爾弗頓小組開展合作，共同研發了鋰鐵氧化物充電電池。相較于常見的鈷酸鋰電池，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航時間。通過數值計算，沃爾弗頓與Yao發現了新配方，且該配方的化學反應是可逆的。首先，研究團隊用鐵元素替代鈷元素，因為鐵元素是化學周期表中價格最便宜的一款金屬元素。隨后，通過運算，他們發現了鋰、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，不會引起氧氣脫出。
據外媒報道，阿貢國家實驗室（ArgonneNationalLaboratory）的研究人員與美國西北大學的沃爾弗頓（Wolverton）小組開展合作，共同研發了鋰鐵氧化物充電電池（鋰離子鐵氧化物電池，rechargeablelithium-iron-oxidebattery）。相較于常見的鈷酸鋰電池（鋰鈷氧化物充電電池，lithium-cobalt-oxidecounterpart），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（EnergyFrontierResearchCenter）項目的支持，并將其研究結果發布到《自然能源（NatureEnergy）》中，沃爾弗頓實驗室博士生ZhenpengYao及阿貢實驗室博士后研究員ChunZhan為該研究論文的第一作者（firstauthors）。沃爾弗頓與Yao負責計算研發，而阿貢實驗室則負責該研究的實驗環節。
在電池的充放電過程中，鋰離子會在陽極與陰極間的往復移動。當電池充電時，鋰離子回到陽極并存儲在該處。該電池的陰極則由復合物制成，其包含了鋰離子、過渡金屬（transitionmetal）及氧元素。
通常，過渡金屬則選用鈷，當鋰離子從陽極與陰極往復移動時，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量，前者將參與電池內的化學反應。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
鈷酸鋰電池已在市場上出售了20年，然而，經常長期研究后，研究人員發現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隊在普通鈷酸鋰電池的基礎上提升其性能，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反應。
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。盡管其他研究團隊也曾做過同類研究，但鮮有成功者。
通過數值計算，沃爾弗頓與Yao發現了新配方，且該配方的化學反應是可逆的。首先，研究團隊用鐵元素替代鈷元素，因為鐵元素是化學周期表中價格最便宜的一款金屬元素。隨后，通過運算，他們發現了鋰、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，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。而鐵與氧將驅動電池發生反應，實現四個鋰離子在電池陽極與陰極間的往復移動。
沃爾弗頓為此申請了一項專利。該團隊接下來將采用其他復合物，嘗試該策略是否依然能奏效。（本文圖片選自techxplore.com）
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