两种策略增加电量 研发锂铁氧化物电池

日前，据外媒报道，阿贡国家实验室的研究人员与美国西北大学沃尔弗顿集团合作，共同开发锂铁氧化物可充电电池。与目前常见的钴酸锂电池相比，新电池在充放电过程中锂离子移动量更大，因此其能量密度更高。如果用在纯电动汽车上，可以提高续航能力。

这项研究得到了美国能源部能源前沿研究中心项目的支持，其研究成果发表在《自然能源》上。该研究论文的第一作者是沃尔弗顿实验室的博士生·姚和阿贡实验室的博士后研究员春展。沃尔弗顿和姚负责计算的研发，而阿贡实验室负责这项研究的实验部分。

锂电池在充放电过程中，实际上锂离子在正极和负极之间来回移动，发生化学反应，从而将化学能转化为电能:充电时，锂离子从正极移动到负极并停留在那里储存电能，此时电池负极由多种物质组成，包括锂离子、过渡金属和氧元素；放电时，锂离子从负极移动到正极，释放电能。

锂电池的容量主要受过渡金属的电子数限制。钴是钴酸锂电池的过渡金属，钴是一种稀有金属。全球的储量和开采量相当有限，这也是钴酸锂电池相对昂贵的原因之一。

虽然钴酸锂电池已经上市20年，但经过长期研究，研究人员发现了另一种价格相对较低、功率较高的可充电电池。沃尔弗顿实验室的研究团队使用了两种策略:用铁代替钴和迫使氧参与化学反应，以提高普通钴酸锂电池的性能。

通过理论计算，沃尔弗顿和他的同事们发现了一个新的公式，并且这个公式的化学反应是可逆的。首先，研究小组用铁代替了钴，因为铁是元素周期表中最便宜的金属元素。然后，通过计算，他们找到了正确的锂、铁、氧离子的平衡比例，使氧离子和铁离子可以同时促进可逆反应而不发生氧剥离。

更重要的是，该款电池一开始就有4个锂离子，而非1个，将提升电池的容量。而铁与氧将驱动电池发生反应，实现四个锂离子在电池正负极间的往复移动。沃尔弗顿为此申请了一项专利。该团队接下来将采用其他复合物，尝试该策略是否依然能奏效。由此可见，若新型电池能够从实验室阶段进入商业量产阶段，纯电动车的续航能力有可能提高3-4倍。