使具有成本效益的锂离子电池的氧化铁型阴极容量翻倍

一个研究小组展示了一种高能锂离子(Li-ion)阴极，可能为经济高效、安全和高容量的锂离子电池铺平道路。

锂离子电池在电子产品和电动汽车中无处不在，并将在为可持续发展的未来充电方面发挥重要作用。但是锂离子电池依赖于钴和镍等过渡金属。这些昂贵材料的供应仅限于少数几个国家。因此，从地球上丰富的元素中开发过渡金属是科学家的一项重要任务。

近年来，橄榄石型磷酸铁锂(LiFePO4)已显示出作为具有成本效益的替代品的前景。但是它们的存储容量是有限的，因为这种材料依赖于铁的单电子转移，即铁氧化还原。

正因为如此，该小组探索了反萤石型锂铁氧化物(Li5FeO4)。1999年首次报道，Li5FeO4的理论容量是LiFePO4的两倍，因为它涉及氧氧化还原和铁氧化还原。但同时利用铁和氧氧化还原是很难实现的。

为了克服这个问题，该小组采用机械化学合金化方法使Li5FeO4进入亚稳相。制备的亚稳态Li5FeO4表现出铁和氧的氧化还原，并显示出两倍于LiFePO4的容量。

“我们的方法将理论变为现实，并使我们走上了开发高能阴极材料的道路，”该论文的第一作者、东北大学先进材料多学科研究所教授HiroakiKobayashi博士说。“这将导致基于丰富材料的成本效益高的大容量锂离子电池。”

该研究是作为东北大学和名古屋工业大学的联合研究项目进行的。详细信息已于2023年1月15日发表在《先进能源材料》杂志上。

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