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款三氟化鐵陰極材料使鋰電池能量密度翻三倍

鉅大LARGE  |  點擊量:682次  |  2022年09月01日  

據(jù)外媒報道,美國馬里蘭大學(xué)(UniversityofMaryland,UMD)、美國能源部國立布魯克哈文實驗室(BrookhavenNationalLaboratory)及美國陸軍研究實驗室(USArmyResearchLab)研發(fā)并研究了新款陰極材料——一款經(jīng)過改動設(shè)計的三氟化鐵(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,這主要得益于插層化學(xué)(intercalationchemistry)方法。然而,像三氟化鐵這類復(fù)合物通常會通過更為復(fù)雜的轉(zhuǎn)化反應(yīng)(conversionreaction)傳輸多個電子。


盡管FeF3的電勢可提升陰極的容量,該復(fù)合物在鋰離子電池中的歷史表現(xiàn)并不算好,因為轉(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?a href="/keywords/lidianchi/" class = "seo-anchor" data-anchorid=120 target="_blank">鋰電池使用壽命縮短。


為克服這類技術(shù)挑戰(zhàn),研究團隊利用化學(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0.1納米。

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-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

隨后,研究人員利用國家同步幅射光源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。


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


美國馬里蘭大學(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其它的電池系統(tǒng)。

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