“测得的滞后电压如此之低,这出乎我们的意料。事实上,这已经是在金属氟化物中所发现的最低电压了,这说明这种材料制得的阴极完全可能具备非常高的能量效率,”王冯说。“广义上
“这项的成果的意义不仅仅在于对锂离子电池研发的推动,更在于它创造性地将in situ X射线成像技术应用在了研究前沿材料的化学反应上,”布鲁克黑文可持续能源技术部的主任,J. Patrick Looney如是说。“利用in-operando和in-situ技术来设计和研发新材料是我们布鲁克黑文实验室长远的目标,美国能源部对此非常地重视。”
与这项工作相关的专利在今年一月份的时候已经申报成功,专利名为:“锂离子充电电池的高能量电极”。这项专利将这种金属氟化物材料定位为一种低成本的锂离子电池电极材料,并具有潜在的市场应用前景。正如论文中已经提到过的,专利的申请材料中也详细描述了材料的制备和测试过程。不过申请材料中还包括了这种材料合成方法的细节,和将其应用于电池阴极的步骤。
布鲁克海文商业化与战略合作办公室的主任,Connie Cleary说:“利用同步回旋加速器能够测试新电池的反应历程,这是一件非常激动人心的事情,同时,这也加快了我们寻找高能量密度的电池材料的步伐,我们终有一天能够研制出寿命更长、效率更高和更加耐用的电池的,这项研究的目的正在于此,并且可能已经找到了能提高可充电池稳定性的方法。”
阴极性能的测试方法
样品被制成电极,在电池的充放电过程中测试它们的电化学性能。测试结果表明,体系的电化学性能由发生在铁铜电极上的氧化还原反应决定。
具体来说,该复合电极没有表现出纯FeF2电极在反应过程出现的电压骤降,这说明样品中转化反应发生所需的能量降低了。而还原过程的测试数据表明铜原子的峰一个又一个周期的重复出现,这说明反应具有相当的可逆程度,跟纯CuF2电极有所区别
他们还利用NSLS 的in-operando X射线光谱吸收技术深入研究还原反应历程,以及对其之前测试数据的验证。X射线束在电池充放电的时候穿过样品,这时会有一部分X射线被吸收,吸收谱图会让科学家“看见”电池中发生了什么。这项技术具有元素特异性,意味着它只会返回一种元素的信息,比如铜。
X射线数据显示,在放电过程中,也就是锂离子进入阴极的过程中,铜先发生转化反应,接着铁在更低的电压下发生转化反应。铜-铁和铁-氟化物之间的键断开,和锂离子结合,与此同时,铜和铁自由原子间会形成金属键。在充电过程中,铜-铁键会重新形成,这可以从X射线谱图的强峰中看出来,几乎和具有很好可逆程度的传统材料具有一样的峰形,峰的位置也基本一样。

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