Литий-железооксидная батарея доступна для продления срока службы батареи.

Команда Волвертона работала с исследователями из Аргоннских национальных лабораторий над разработкой перезаряжаемой литий-железооксидной батареи, в которой циркулирует больше ионов лития, чем в обычных литиево-кобальтоксидных батареях.

В результате получился аккумулятор большей емкости, который позволит электромобилям и смартфонам с аккумуляторным питанием работать дольше.

Волвертон, профессор материаловедения и инженерии инженерной школы Маккормика Северо-Западного университета, сказал: «Мы очень взволнованы расчетом батареи, но если эксперимент не подтвердится, найдется много скептиков, которые сомневаются в ее научном характере. На самом деле его роль очень значительна.

Исследование, проведенное при поддержке программы Energy Frontier Research Center Министерства энергетики США, недавно было опубликовано в журнале Nature Energy. Первыми авторами статьи были студенты Пхут из лаборатории Вулвертона, Чжэнпэн Яо и доктор Аргонн, Чун Чжан. Аргонн руководил экспериментальной частью исследования, а Вулфтон и Яо Мин отвечали за разработку вычислений.

Литий-ионные батареи работают, перемещая ионы лития между анодом и катодом. Когда аккумулятор заряжен, ионы перемещаются к аноду. Катод состоит из соединения, состоящего из переходного металла, ионов лития и кислорода. Переходным металлом обычно является кобальт, который эффективно накапливает и высвобождает электрическую энергию, когда она проходит от анода к катоду, а затем обратно. В этом случае емкость катода ограничивается количеством электронов в переходном металле.

Литий-кобальтооксидные батареи коммерчески доступны уже 20 лет, но исследователи давно ищут более дешевые альтернативы. Команда Вулвертона использовала две стратегии для улучшения обычных литий-кобальто-оксидных батарей: использование железа вместо кобальта для включения кислорода в процесс реакции.

Если кислород также накапливает и выделяет электрическую энергию, батарея будет иметь большую емкость для хранения, а затем будет использовать все больше и больше лития. Хотя другие исследовательские группы пробовали этот метод в прошлом, лишь немногие из них добились успеха.

« Проблема заключалась в том, что если вы попытаетесь ввести в реакцию кислород, соединение станет нестабильным», - сказал Яо. "Кислород выйдет из батареи, что сделает реакцию необратимой.

Волвертон и Яо нашли формулу, которая сделала работу обратимой. Сначала они заменили железо железом, что полезно, потому что это один из самых дешевых элементов в периодической таблице. Путем расчетов они обнаружили правильный баланс ионов лития, железа и кислорода, так что железо и кислород одновременно запускают обратимую реакцию и предотвращают утечку кислорода.

Волвертон сказал: «Поскольку мы получаем электроны из металлов и кислорода, а металл, который мы используем, - это железо, наши батареи не только имеют интересный химический состав, но и позволяют производить более дешевые батареи».

Еще один важный аспект заключается в том, что полностью заряженный аккумулятор начинается не с одного литиевого иона, а с четырех литиевых ионов. Текущая реакция заключается в том, чтобы иметь возможность обратимо использовать один из ионов лития, в основном для увеличения емкости существующих батарей. Однако возможность провести всю реакцию с помощью кислорода и железа действительно привлекательна.

«В каждом металле есть четыре иона лития, которые все изменят», - сказал Волвертон. «Это означает, что ваш телефон можно выдвинуть в 8 раз, а машину можно открыть в 8 раз. Если электромобиль сможет конкурировать с бензиновыми автомобилями по пробегу и стоимости, это изменит мир ».

Wolverton подал временный патент на батареи в Управление инноваций и венчурного капитала Северо-Западного университета. Заглядывая вперед, Вулфтон и его команда планируют открыть другие соединения, чтобы доказать, что эта стратегия работает.

Страница содержит содержимое машинного перевода.