鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1019次 | 2020年01月03日
新型電極材料有助提高鋰離子電池容量
近年來(lái),電動(dòng)汽車(chē)因其環(huán)保特性而備受推崇,但與汽油車(chē)相比,較短的行駛里程限制了其進(jìn)一步的發(fā)展。
日前,新加坡科技研究局下屬材料與工程研究院的劉兆林(音譯)與中國(guó)復(fù)旦大學(xué)的于艾水(音譯)等研究人員,通過(guò)研制一種新型鋰離子電極材料,增大了鋰離子電池的容量,或?qū)椭妱?dòng)汽車(chē)行駛得更遠(yuǎn)。相關(guān)研究成果日前發(fā)表于《電化學(xué)通訊》。
據(jù)了解,鋰離子電池通過(guò)使鋰離子在電極兩端來(lái)回穿梭實(shí)現(xiàn)充電與放電過(guò)程。例如,在充電時(shí),鋰離子從通常由鋰鈷氧化物制造的陽(yáng)極材料上脫嵌,穿過(guò)隔膜和電解液,嵌入到陰極中。放電則以相反的過(guò)程進(jìn)行。
在通常情況下,鋰離子電池的陰極由充斥著微小孔隙的石墨材料制造。之前有研究發(fā)現(xiàn),相比石墨材料,氧化鐵材料能夠讓電池?fù)碛懈蟮娜萘?。但用氧化鐵材料作為陰極的電池的充電過(guò)程十分緩慢,同時(shí),這種材料在經(jīng)歷數(shù)次充放電循環(huán)之后,就會(huì)被鋰離子破壞,進(jìn)而影響電池容量。
而在最新的研究中,劉兆林和于艾水推測(cè),相比氧化鐵陰極,陰極由氧化鐵納米粒子制造的電池的充電過(guò)程或許將會(huì)快許多,因?yàn)檫@種納米材料的孔隙十分合適鋰離子嵌入。并且,這些孔隙還能夠隨著鋰離子嵌入而作出相應(yīng)的改變。
為了驗(yàn)證這一想法,研究人員通過(guò)在水中加熱硝酸鐵,得到了大小為5納米的氧化鐵粒子,也就是α-fe2o3。然后,他們將這些粒子與炭黑粉末相混合,利用聚偏二氟乙烯加以固定,將這一混合物覆蓋在銅箔上面,最終制成電池陰極。
實(shí)驗(yàn)表明,在第一輪充放電過(guò)程中,使用新型陰極電池的轉(zhuǎn)化效率為傳統(tǒng)電池的75%~78%,但是,經(jīng)過(guò)幾輪充放電,新型電池的效率達(dá)到了傳統(tǒng)電池的98%。
對(duì)此,研究人員表示,電池的效率之所以會(huì)逐漸提高,是因?yàn)樵谇皫纵喌某浞烹娺^(guò)程中,氧化鐵納米粒子被分解到合適的尺寸。而98%這一數(shù)據(jù)則表明,新型電池已經(jīng)十分接近目前商用鋰電池的水平。
此后的實(shí)驗(yàn)表明,大約在230次循環(huán)之后,新型電池的效率還維持在97%左右。而且令人欣喜的是,這種電池的容量達(dá)到了1009毫安時(shí)/克,幾乎比傳統(tǒng)石墨陰極電池高出了三倍。同時(shí),新型電池沒(méi)有遇到困擾其他氧化鐵陰極電池的退化問(wèn)題。
目前,該團(tuán)隊(duì)正在優(yōu)化納米合成過(guò)程,并且著手提高氧化鐵納米電極在初始循環(huán)中的轉(zhuǎn)化效率。