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实现锂电超高功率和能量密度

近年来,锂电池已广泛应用于各种电子设备,包括平板电脑、智能手机和便携式电脑。锂电正极通常由锂化合物构成,如LiCoO2或LiFePO4,而负极通常由碳构成。

鉴于锂离子电池使用的快速增长,世界各地的研究人员一直在试图找出可以提高其效率和性能的材料。理想情况下,这些材料应该包含在地球上丰富的元素,并具有较高的能量密度。

加州大学伯克利分校和劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员最近提出了一种新策略,用于设计具有极高功率和能量密度的锂电池电极材料。在《自然能源》上发表的一篇论文中概述了这一策略,即使用两种部分类似于晶石的散装氢氟酸,即Li1.68Mn1.6O3.7F0.3和Li1.68Mn1.6O3.4F0.6。研究人员利用机械化学合金化技术合成了这两种氢氟酸。

研究人员在他们的论文中写道:“我们证明,结合部分类似于尖晶石的阳离子顺序和大量的锂过剩,能够实现高密度和快速的能量存储。阳离子超化学计量学和由此产生的偏序用于消除有序尖晶石的典型相变,并使更大的实际容量成为可能,而锂过剩与氟取代协同使用,以创造一个高锂迁移率。”

目前,研究人员提出的阴极材料设计方法已被证明是很有前途的。在一系列的初步实验中,得到的阴极获得了超过1100 Wh kg-1的显着能量,放电速率高达20a g-1,容量超过360 mA h g-1,这是迄今为止报道的最高的容量之一。此外,即使在电池多次充电的情况下,这种能力的很大一部分也会随着时间的推移而保持。

有趣的是,几乎一半的容量来自于氧氧化还原过程。虽然这一现象在富锂层状镍锰钴氧化物或无序的岩盐中得到了广泛的研究,但在研究人员合成的尖晶石型阴极中却很少观察到。

在未来,该设计策略可作为实现大功率、高能量密度锂电池正极材料的指导思想。此外,在他们的研究中合成的两种氢氟酸可以用来制造新的高性能电池。


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