据外媒报道, 美国马里兰大学, 美国能源部国立布鲁克哈文实验室 (Brookhaven National Laboratory) 及美国陆军研究实验室 (US Army Research Lab) 研发并研究了新款阴极材料——一款经过改动设计的三氟化铁 (iron trifluoride, FeF3) , 该材质或将使锂离子电池电极的能量密度翻三倍.
该材料通常被用于锂离子电池中, 这主要得益于插层化学 (intercalation chemistry) 方法. 然而, 像三氟化铁这类复合物通常会通过更为复杂的转化反应 (conversion reaction) 传输多个电子.
尽管FeF3的电势可提升阴极的容量, 该复合物在锂离子电池中的历史表现并不算好, 因为转化反应存在三大类问题: 能效低 (滞后现象, hysteresis) , 反应速率低, 副反应 (side reactions) 或导致锂电池使用寿命缩短.
为克服这类技术挑战, 研究团队利用化学品置换 (chemical substitution) 工艺向FeF3纳米棒 (nanorods) 加入了钴院子及氧原子, 使得科研人员能操控反应途径 (reaction pathway) 并实现可逆反应.
首先, 研究人员在功能性奈米材料研究中心 (Center for Functional Nanomaterials, CFN) 采用透射电子显微镜术 (transmission electron microscopy, TEM) 观察FeF3的纳米棒, 其分辨率高达0.1纳米.
随后, 研究人员利用国家同步幅射光源II (NSLS-II) 的X射线粉晶衍射 (X-ray Powder Diffraction, XPD) 光束线, 使超亮X射线穿过阴极材料, 然后对离散的光加以分析, 研究人员或能视觉呈现该材料结构的其它信息.
为评估该款阴极材料的功能性, 将CFN与NSLS-II高度先进的图像及显微技术相结合成为了其中的关键.
美国马里兰大学的研究人员表示, 该研究策略或能应用到其他高能量转换材料中, 未来的研究也可以采用该方法改进其它的电池系统.
