兩種策略增加電量 研發鋰鐵氧化物電池

　　[汽車之家 新聞]  日前，據外媒報道稱，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）。與目前較為常見的鈷酸鋰電池相比（鋰鈷氧化物充電電池，lithium-cobalt-oxide counterpart），在充放電過程中，新型電池的鋰離子移動量更大，所以其能量密度更大，如果應用在純電動車上可以提升續航能力。

　　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。

　　當鋰電池在充放電過程中，其實是鋰離子在正負極之間往復移動、發生化學反應，將化學能轉化為電能：充電時，鋰離子由正極移動至負極并停留在該處儲存電能，此時電池的負極是由多種物質復合而成，其中包括了鋰離子、過渡金屬（transition metal）及氧元素；放電時，鋰離子由負極移動至正極，釋放電能。

　　鋰電池的電容量主要受限于過渡金屬的電子數量，鈷酸鋰電池的過渡金屬為鈷，而鈷屬于稀有金屬，全球的儲藏量和開采量都相當有限，這也是鈷酸鋰電池價格比較高昂的原因之一。

　　雖然，鈷酸鋰電池已在市場上出售了20年，但經常長期研究后，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運用鐵元素代替鈷元素和迫使氧元素參與化學反應這兩種策略，在普通鈷酸鋰電池的基礎上提升電池性能。

　　通過理論計算，沃爾弗頓與同事發現了新配方，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。（消息來源：Northwestern University；文/汽車之家 許博）

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