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美國利用兩項研究策略 研發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的沃爾弗頓(Wolverton)小組開展合作,共同研發了鋰鐵...
據外媒報道,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,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,并將其研究結果發布到《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(transition metal)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。
 
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。
 
原標題:美國利用兩項研究策略 研發鋰鐵氧化物充電電池
 
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