圖：新型存儲材料含鋰(左)和不含鋰(右)
近日，德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院的研究人員提出了新的鋰存儲原則，突破了現(xiàn)有技術(shù)，提高了鋰離子電池中的鋰存儲密度，實現(xiàn)了鋰離子電池的擴(kuò)容。
鋰離子電池是目前應(yīng)用最廣的電池技術(shù)。對于像筆記本、手機(jī)和相機(jī)等設(shè)備，它都是必不可少的。現(xiàn)階段的研究活動主要是要提高鋰存儲密度來擴(kuò)大電池容量。此外，鋰存儲也應(yīng)該滿足高功率設(shè)備的快速充電要求，這就需要對鋰離子電池的電化學(xué)工藝和新電池組件的發(fā)展有深入的了解。
鋰存儲材料目前主要是在由金屬氧化物組成的主結(jié)構(gòu)空腔上進(jìn)行插入式存儲鋰(所謂的插頁式)。這種方法十分有效，但存儲密度有限，因為鋰在這種結(jié)構(gòu)中不能高密度填充。此外，想在單位單元插入存儲多個鋰離子一般來說不太可能，因為那樣結(jié)構(gòu)將會變得不再穩(wěn)定，出現(xiàn)結(jié)構(gòu)坍塌現(xiàn)象。因此需要通過在穩(wěn)定結(jié)構(gòu)中增加鋰的填充密度來超越現(xiàn)今的存儲密度上限。
一個由卡爾斯魯厄理工學(xué)院(KIT)的Maximilian Fichtner教授和Ruiyong Chen博士帶領(lǐng)的團(tuán)隊提出了一個新的存儲原則和相應(yīng)的存儲材料，該材料能可逆存儲每單位單元1.8個鋰離子。材料的組成是Li2VO2F，在平均電壓為2.5V的條件下進(jìn)行測試，其存儲容量高達(dá)420mAh/g。由于材料的高密度，相比活性材料，它的儲存容量達(dá)到了4600Wh/L。
與目前使用的存儲材料不同，新型存儲不再通過插入式進(jìn)行鋰的存儲，而是直接在晶胞的晶格點陣中進(jìn)行存儲。因此，存儲密度得到了顯著提高。
令人吃驚的是，結(jié)構(gòu)中的鋰離子是高速運動的，它既可以保留在晶格中，也可以很容易脫離晶格。釩控制著鋰離子的接收和釋放，過程中晶格始終保持一個穩(wěn)定的整體，這是該存儲材料比較新穎的一個地方。這種結(jié)構(gòu)因具有高的缺陷流動性，因此晶格自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。
研究小組的負(fù)責(zé)人Maximilian Fichtner表示：“在缺陷流動性高的情況下，該結(jié)構(gòu)不僅穩(wěn)定，而且體積變化量只有3%，這就使得這個系統(tǒng)非常的不一般。這種存儲原則也應(yīng)用到了其它的組分。采用其他相似結(jié)構(gòu)的化合物甚至得到了比釩基存儲更高的能量密度。”
