兩種策略增加電量 研發鋰鐵氧化物電池

日前，據外媒報道，阿貢國家實驗室的研究人員與美國西北大學沃爾弗頓集團合作，共同開發鋰鐵氧化物可充電電池。與目前常見的鈷酸鋰電池相比，新電池在充放電過程中鋰離子移動量更大，因此其能量密度更高。如果用在純電動汽車上，可以提高續航能力。

這項研究得到了美國能源部能源前沿研究中心項目的支持，其研究成果發表在《自然能源》上。該研究論文的第一作者是沃爾弗頓實驗室的博士生·姚和阿貢實驗室的博士后研究員春展。沃爾弗頓和姚負責計算的研發，而阿貢實驗室負責這項研究的實驗部分。

鋰電池在充放電過程中，實際上鋰離子在正極和負極之間來回移動，發生化學反應，從而將化學能轉化為電能:充電時，鋰離子從正極移動到負極并停留在那里儲存電能，此時電池負極由多種物質組成，包括鋰離子、過渡金屬和氧元素；放電時，鋰離子從負極移動到正極，釋放電能。

鋰電池的容量主要受過渡金屬的電子數限制。鈷是鈷酸鋰電池的過渡金屬，鈷是一種稀有金屬。全球的儲量和開采量相當有限，這也是鈷酸鋰電池相對昂貴的原因之一。

雖然鈷酸鋰電池已經上市20年，但經過長期研究，研究人員發現了另一種價格相對較低、功率較高的可充電電池。沃爾弗頓實驗室的研究團隊使用了兩種策略:用鐵代替鈷和迫使氧參與化學反應，以提高普通鈷酸鋰電池的性能。

通過理論計算，沃爾弗頓和他的同事們發現了一個新的公式，并且這個公式的化學反應是可逆的。首先，研究小組用鐵代替了鈷，因為鐵是元素周期表中最便宜的金屬元素。然后，通過計算，他們找到了正確的鋰、鐵、氧離子的平衡比例，使氧離子和鐵離子可以同時促進可逆反應而不發生氧剝離。

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正負極間的往復移動。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。由此可見，若新型電池能夠從實驗室階段進入商業量產階段，純電動車的續航能力有可能提高3-4倍。