8月28日讯：跟着对智妙手机，电动汽车和可再生能源的需求持续增加，研究人员正在寻找改良锂离子电池的方式。锂离子电池是家用电子产物中最常见的电池类型，也是存储电网规模能源的潜在体例。布鲁克海文国度尝试室的一个科学家小组曾经找到了一种提高锂离子电池能量密度的方式，这能够使电池更耐用，并扩大风能和太阳能的利用。该团队研发出一种可以或许使锂离子电池电极能量密度添加三倍的阴极材料。
锂离子电池由阳极和阴极构成，该团队的首席科学家秀林秀说。阴极材料不断是进一步提高锂离子电池能量密度的瓶颈。
该团队合成了一种新的阴极材料，一种改性形式的三氟化铁（FeF3），由铁和氟构成，价钱低廉且情况敌对，已知其本身具有比保守阴极材料更高的容量。凡是用于锂离子电池的材料基于插层化学;虽然无效，但它只传输单个电子，从而限制了阴极。然而，诸如FeF3的化合物能够通过称为转化反映的更复杂的反映机理转移几个电子。
虽然FeF3具有添加阴极容量的潜力，但该化合物在过去因为其转化反映的三个并发症而在锂离子电池中结果欠安：能效差（滞后），反映速度慢，以及副反映能够降低其骑行寿命。为了降服这些挑战，科学家们通过称为化学替代的过程将钴和氧原子添加到FeF3纳米棒中。这让科学家们把持反映路子，使其更具可逆性。
用氧和钴取代阴极材料可防止锂粉碎化学键并保留材料的布局。
当锂离子插入FeF3时，该材料转化为铁和氟 化 锂。可是，反映不是完全可逆的。可是，在用钴和氧代替后，反映变得愈加可逆。
为了研究反映路子，科学家们进行了几项尝试。起首，他们利用强大的电子束和称为透射电子显微镜（TEM）的手艺，以0.1纳米的分辩率察看FeF3纳米棒。这让研究人员确定阴极中纳米颗粒的切当尺寸，并阐发阴极在充放电过程的分歧阶段若何变化。他们在替代纳米棒中看到了更快的反映。
TEM是一种用于表征很是小长度材料的强大东西，它还能够及时研究反映过程，该团队的科学家董苏说。可是，我们只能利用TEM看到样品的无限区域。我们需要同步加快器手艺来领会整个电池的功能。
因而，该团队通过阴极材料发送了超亮X射线。通过度析光散射的体例，团队能够发觉相关材料布局的其他消息。进一步的阐发表白，该团队的化学替代推进了电化学的可逆性。
研究人员还进行了基于密度泛函理论的先辈计较方式，以破解原子标准的反映机制。这表白化学代替通过减小铁的粒径和不变岩盐相而将反映改变为高度可逆的形态。该研究策略可使用于其他高能转换材料并改良其他类型的电池。
（文章编译自外网）
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