日前，科學(xué)家們經(jīng)過研討一種帶有氧化鐵電極的鋰離子電池發(fā)現(xiàn)，電池充放電超過100次后發(fā)作的損耗，是由氧化鋰堆集和電解質(zhì)分化造成的。

研討過程中用到的氧化鐵電極，由廉價(jià)無毒的磁鐵礦制成。比起現(xiàn)在的電極資料，磁鐵礦等轉(zhuǎn)換型電極資料(即和鋰發(fā)作反響時(shí)轉(zhuǎn)換為全新產(chǎn)物)，能夠儲存更多的能量，因?yàn)樗鼈兡軌虬莞噤囯x子。但是，這些資料的儲能才能衰減非常快，而且依賴于電流密度。例如，我們對磁鐵礦的電化學(xué)測試顯示，磁鐵礦的容量在前10個(gè)高速充放電周期內(nèi)急速下降。此項(xiàng)研討負(fù)責(zé)人、功用納米資料中心（CFN）電子顯微鏡小組的領(lǐng)導(dǎo)DongSu表示。CFN是設(shè)于布魯克海文國家試驗(yàn)室內(nèi)的美國能源部科學(xué)用戶設(shè)備辦公室。

為了找出循環(huán)不穩(wěn)定的原因，科學(xué)家們企圖調(diào)查，當(dāng)電池完結(jié)100次循環(huán)后，磁鐵礦的晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)變化狀況。他們結(jié)合透射電子顯微鏡（TEM）和同步X射線吸收光譜（XAS），進(jìn)行研討。TEM的電子束經(jīng)過樣本傳輸，發(fā)作特點(diǎn)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)圖像或衍射圖畫，XAS利用X射線來探測資料的化學(xué)性質(zhì)。

科學(xué)家們利用這些技術(shù)發(fā)現(xiàn)，第一次放電時(shí)，磁鐵礦徹底分化成金屬鐵納米顆粒和氧化鋰。但在接下來的充電過程中，這種轉(zhuǎn)化反響并不是徹底可逆的，金屬鐵和氧化鋰的殘留物依然存在。此外，磁鐵礦原始的尖晶石結(jié)構(gòu)在帶電狀態(tài)下演化為巖鹽結(jié)構(gòu)（在兩種結(jié)構(gòu)中，鐵原子的位置并不徹底相同)。在隨后的充放電循環(huán)中，巖鹽氧化鐵與鋰相互用途，構(gòu)成氧化鋰與金屬鐵納米顆粒的復(fù)合物質(zhì)。因?yàn)檗D(zhuǎn)化反響不是徹底可逆的，這些剩余產(chǎn)物會逐漸堆集起來。科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)，電解質(zhì)（使鋰離子在兩個(gè)電極之間活動的化學(xué)介質(zhì)）在隨后的循環(huán)中會分化。

在研討結(jié)果的基礎(chǔ)上，科學(xué)家們提出一種儲能才能闌珊的解說。CFN電子顯微鏡小組的科學(xué)家、共同首席作者SooyeonHwang說，因?yàn)檠趸嚨碾娮訉?dǎo)電性較低，它的堆集會對在電池正負(fù)極之間絡(luò)繹的電子構(gòu)成屏障，我們把它叫做內(nèi)部鈍化層。相同，電解質(zhì)分化也會構(gòu)成表面鈍化層，阻止離子傳導(dǎo)。這些妨礙累積起來，阻止電子和鋰離子到達(dá)發(fā)作電化學(xué)反響的活性電極資料。

科學(xué)家們指出，在低電流下運(yùn)行電池，能夠經(jīng)過減慢充電速度，康復(fù)部分容量為電子傳輸供給滿足的時(shí)刻；但是，要徹底解決這一問題，還要其他方法。他們以為，在電極資料中添加其他元素和改動電解質(zhì)，能夠改進(jìn)容量衰減。