近年來(lái)，鋰電池已廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備，包括平板電腦、智能手機(jī)和便攜式電腦。鋰電正極通常由鋰化合物構(gòu)成，如LiCoO2或LiFePO4，而負(fù)極通常由碳構(gòu)成。
鑒于鋰離子電池使用的快速增長(zhǎng)，世界各地的研究人員一直在試圖找出可以提高其效率和性能的材料。理想情況下，這些材料應(yīng)該包含在地球上豐富的元素，并具有較高的能量密度。
加州大學(xué)伯克利分校和勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員最近提出了一種新策略，用于設(shè)計(jì)具有極高功率和能量密度的鋰電池電極材料。在《自然能源》上發(fā)表的一篇論文中概述了這一策略，即使用兩種部分類(lèi)似于晶石的散裝氫氟酸，即Li1.68Mn1.6O3.7F0.3和Li1.68Mn1.6O3.4F0.6。研究人員利用機(jī)械化學(xué)合金化技術(shù)合成了這兩種氫氟酸。
研究人員在他們的論文中寫(xiě)道:“我們證明，結(jié)合部分類(lèi)似于尖晶石的陽(yáng)離子順序和大量的鋰過(guò)剩，能夠?qū)崿F(xiàn)高密度和快速的能量存儲(chǔ)。陽(yáng)離子超化學(xué)計(jì)量學(xué)和由此產(chǎn)生的偏序用于消除有序尖晶石的典型相變，并使更大的實(shí)際容量成為可能，而鋰過(guò)剩與氟取代協(xié)同使用，以創(chuàng)造一個(gè)高鋰遷移率?！?
目前，研究人員提出的陰極材料設(shè)計(jì)方法已被證明是很有前途的。在一系列的初步實(shí)驗(yàn)中，得到的陰極獲得了超過(guò)1100 Wh kg-1的顯著能量，放電速率高達(dá)20a g-1，容量超過(guò)360 mA h g-1，這是迄今為止報(bào)道的最高的容量之一。此外，即使在電池多次充電的情況下，這種能力的很大一部分也會(huì)隨著時(shí)間的推移而保持。
有趣的是，幾乎一半的容量來(lái)自于氧氧化還原過(guò)程。雖然這一現(xiàn)象在富鋰層狀鎳錳鈷氧化物或無(wú)序的巖鹽中得到了廣泛的研究，但在研究人員合成的尖晶石型陰極中卻很少觀察到。
在未來(lái)，該設(shè)計(jì)策略可作為實(shí)現(xiàn)大功率、高能量密度鋰電池正極材料的指導(dǎo)思想。此外，在他們的研究中合成的兩種氫氟酸可以用來(lái)制造新的高性能電池。
