新款三氟化鐵陰極材料或使鋰電池能量密度翻三倍

    據外媒報道，美國馬里蘭大學（University of Maryland, UMD）、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）研發并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。

    該材料通常被用于鋰離子電池中，這主要得益于插層化學（intercalation chemistry）方法。然而，像三氟化鐵這類復合物通常會通過更為復雜的轉化反應（conversion reaction）傳輸多個電子。

    盡管FeF3的電勢可提升陰極的容量，該復合物在鋰離子電池中的歷史表現并不算好，因為轉化反應存在三大類問題：能效低（滯后現象，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）并實現可逆反應。

    首先，研究人員在功能性奈米材料研究中心（Center for Functional Nanomaterials，CFN）采用透射電子顯微鏡術（transmission electron microscopy，TEM）觀察FeF3的納米棒，其分辨率高達0.1納米。

    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-ray Powder Diffraction，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該材料結構的其它信息。

    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，未來的研究也可以采用該方法改進其它的電池系統。