新款三氟化铁阴极材料或使锂电池能量密度翻三倍

据外媒报道，美国马里兰大学（University of Maryland, UMD）、美国能源部国立布鲁克哈文实验室（Brookhaven National Laboratory）及美国陆军研究实验室（US Army Research Lab）研发并研究了新款阴极材料——一款经过改动设计的三氟化铁（iron trifluoride，FeF3），该材质或将使锂离子电池电极的能量密度翻三倍。

该材料通常被用于锂离子电池中，这主要得益于插层化学（intercalation chemistry）方法。然而，像三氟化铁这类复合物通常会通过更为复杂的转化反应（conversion reaction）传输多个电子。

尽管FeF3的电势可提升阴极的容量，该复合物在锂离子电池中的历史表现并不算好，因为转化反应存在三大类问题：能效低（滞后现象，hysteresis）、反应速率低、副反应（side reactions）或导致锂电池使用寿命缩短。

为克服这类技术挑战，研究团队利用化学品置换（chemical substitution）工艺向FeF3纳米棒（nanorods）加入了钴院子及氧原子，使得科研人员能操控反应途径（reaction pathway）并实现可逆反应。

首先，研究人员在功能性奈米材料研究中心（Center for Functional Nanomaterials，CFN）采用透射电子显微镜术（transmission electron microscopy，TEM）观察FeF3的纳米棒，其分辨率高达0.1纳米。

随后，研究人员利用国家同步幅射光源II（NSLS-II）的X射线粉晶衍射（X-ray Powder Diffraction，XPD）光束线，使超亮X射线穿过阴极材料，然后对离散的光加以分析，研究人员或能视觉呈现该材料结构的其它信息。

为评估该款阴极材料的功能性，将CFN与NSLS-II高度先进的图像及显微技术相结合成为了其中的关键。

美国马里兰大学的研究人员表示，该研究策略或能应用到其他高能量转换材料中，未来的研究也可以采用该方法改进其它的电池系统。