據外媒報道, 美國馬里蘭大學, 美國能源部國立布魯克哈文實驗室 (Brookhaven National Laboratory) 及美國陸軍研究實驗室 (US Army Research Lab) 研發並研究了新款陰極材料——一款經過改動設計的三氟化鐵 (iron trifluoride, FeF3) , 該材質或將使鋰離子電池電極的能量密度翻三倍.
該材料通常被用於鋰離子電池中, 這主要得益於插層化學 (intercalation chemistry) 方法. 然而, 像三氟化鐵這類複合物通常會通過更為複雜的轉化反應 (conversion reaction) 傳輸多個電子.
儘管FeF3的電勢可提升陰極的容量, 該複合物在鋰離子電池中的曆史表現並不算好, 因為轉化反應存在三大類問題: 能效低 (滯後現象, hysteresis) , 反應速率低, 副反應 (side reactions) 或導致鋰電池使用壽命縮短.
為克服這類技術挑戰, 研究團隊利用化學品置換 (chemical substitution) 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途徑 (reaction pathway) 並實現可逆反應.
首先, 研究人員在功能性奈米材料研究中心 (Center for Functional Nanomaterials, CFN) 採用透射電子顯微鏡術 (transmission electron microscopy, TEM) 觀察FeF3的納米棒, 其解析度高達0.1納米.
隨後, 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-ray Powder Diffraction, XPD) 光束線, 使超亮X射線穿過陰極材料, 然後對離散的光加以分析, 研究人員或能視覺呈現該材料結構的其它資訊.
為評估該款陰極材料的功能性, 將CFN與NSLS-II高度先進的映像及顯微技術相結合成為了其中的關鍵.
美國馬里蘭大學的研究人員表示, 該研究策略或能應用到其他高能量轉換材料中, 未來的研究也可以採用該方法改進其它的電池系統.
