科学家发现氟有可能替代锂 用于可充电电池

随着可充电电池在现代技术中的使用越来越多，研究人员一直在寻找可充电电池的锂离子替代材料。据外媒报道，圣路易斯华盛顿大学麦凯韦工程学院的材料科学家在氟中发现了一种潜在的锂替代品。氟是一种相对丰富的轻质元素。

有趣的是，氟离子与锂离子相反，对电子的吸引力最强，因此容易发生电化学反应。日本研究人员也在进行测试，将氟离子电池视为汽车锂离子电池的可能替代品。据报道，使用这些电池可以使电动汽车单次充电行驶1000公里。然而，现有的氟离子电池的循环性能较差，并且在充电和放电循环后往往会迅速降解。研究人员史蒂文·哈特曼和罗汉·米什拉使用了一种新方法来设计氟离子电池。他们发现，这两种材料很容易获得或失去氟离子，同时在结构变化最小的情况下实现良好的循环性能。机械工程与材料科学系助理教授米什拉表示，这些新型电池材料都是层状电子化合物。电子化合物是一种相对较新的材料，可以像普通金属一样传导电子，但与金属中的“电子海”不同，在电子化合物中，电子位于晶体结构中的特定间隙位置，这与离子有点相似。米什拉说：“根据我们的预测，氟离子可以很容易地取代这些间隙电子，而不会引起晶体结构的显著变形，从而实现可回收性。此外，由于层状电子化合物的结构相对开放，氟离子很容易移动或扩散。”材料科学与工程学院校友哈特曼，使用量子力学计算方法，测试十种潜在的候选电池。通过计算机测试，氟化物被引入层状电子化合物氮化钙和亚钴钇之间的间隙，使其储能能力与锂离子电池相似。以氮化钙为例，它由相对丰富的元素组成，有助于克服目前锂离子电池供应短缺的问题。Hartman和Mishra的团队比较了他们的研究工作，使用机器学习“大数据”技术筛选了数千个候选选项。哈特曼说：“原则上，你可以通过在传统电极中添加大量氟离子来增加电荷存储。然而，事实上，这些理论容量很难控制。当我们在传统电极上添加氟化物时，它们会在充电和放电过程中迅速膨胀和收缩，可能导致断裂和失去电接触。”。“对于制造耐用的氟化物电池来说，最大限度地减少体积和形状的变化是至关重要的。Hartman说，”据推测，在层状电子化合物材料中添加和去除氟离子可以导致结构中明显较小的结构变化，这有助于延长循环寿命。米什拉的实验室正在寻求与其他研究人员合作，研究发现的电子化合物，并在原型电池中进行测试。

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