廉价的材料提高了电池容量

2019-01-15 09:53:17
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采用氧化铁纳米粒子制成的新一代锂离子电池可以延长电动汽车的行驶距离。

电池驱动的汽车具有许多环保优势,但装满汽油箱的汽车可以进一步行驶。通过提高锂离子电池的能量容量,由氧化铁纳米粒子制成的新电极可以帮助电动车辆覆盖更远的距离。

由新加坡A * STAR材料研究与工程研究所的赵兆林和中国复旦大学的Aishui Yu及其同事开发,电极材料价格低廉,适合大规模制造,可存储更高的电荷密度比用于锂离子电池的常规电极1。

这些电池通过在电路中连接的两个电极之间穿梭锂离子来存储和释放能量。在充电期间,锂离子从阴极逸出,阴极由诸如锂钴氧化物的材料制成。离子通过液体电解质迁移到阳极中,阳极通常由充满微孔的石墨制成。当电池放电时,过程反向运行,在电极之间产生电流。

氧化铁具有比石墨高得多的充电容量,但是该过程很慢。迫使锂离子进入材料也会改变其体积,在几次充电循环后破坏阳极。

Liu,Yu和团队推断,由氧化铁纳米颗粒制成的阳极可以更快地充电,因为它的孔隙可以容易地获得锂离子。当离子堆积在内部时,孔隙也可以使材料的结构发生变化。

研究人员通过加热水中的硝酸铁,制成了5纳米宽的氧化铁颗粒,称为α-Fe2O3。他们将这些颗粒与称为炭黑的粉尘混合,将它们与聚偏二氟乙烯结合在一起,然后将混合物涂在铜箔上制成它们的阳极。

在第一轮充电和放电期间,阳极显示出75-78%的效率,这取决于所使用的电流密度。然而,经过十次循环后,效率提高到98%,几乎与商用锂离子电池一样高。其他团队的研究表明,在最初的几个循环中,氧化铁纳米颗粒会分解,直到达到最佳尺寸。

经过230次循环后,阳极效率保持在97%,每克容量为1,009毫安小时(mA hg-1) - 几乎是商用石墨阳极的三倍。该材料没有遇到困扰其他氧化铁阳极的降解问题。

该团队正在努力优化纳米粒子的合成,并提高阳极初始充电周期的效率。

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