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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 |
| （時間:2018-1-22 14:26:50） |
據報道，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，rechargeable 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 counterpart），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。
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