来自威斯康星大学麦迪逊分校和布鲁克海文国家实验室的研究人员开发了一种新的X射线成像的方法来分析锂离子充电电池，这种锂离子电池富含铁氟，可产生新的电化学反应。该项目可能会改进众多产品中的能源存储方式，其范围涵盖了电子设备和微电网等。

 

来源：Linsen Li

“铁氟化物具有的电位是锂离子电池的三倍。”威斯康星大学麦迪逊分校化学系教授，同时也是威斯康星能源研究所教授的Song Jin说。“然而，我们并没有充分挖掘其潜力。”Jin和研究生Linsen Li和其他队员在布鲁克海文国家同步辐射光源使用X射线显微镜进行了一系列实验。在这里，该团队收集来自含氟铁纽扣电池的化学地图，试图建立较高的性能水平。

“在过去，我们并不能真正理解在电池反应过程中铁氟究竟发生了什么，因为其他电池组分正在努力获得更精确的图像。”Li成功地在纳米尺度下完成氟化铁化学过程的精确可视化和测量过程，以便能存储并释放能量。

直到现在，当涉及到在可充电电池中使用氟化铁时，科学家不得不面对两个重要问题。

第一个问题是电池无法在目前的状态下正确充电。“这就像我们的手机只能充满首次充电量的一半，甚至可能更少。”Li说。“消费者更希望拥有能持续充电数百次且电量不会减少的电池。”通过在纳米尺度分析并改建电池中的氟化铁，研究人员可以获得每个反应，并通过X射线图像法来测量电池容量的衰减。“在这个层面分析X射线的数据，我们可以更加精确地追踪电化学反应，而且可以在多孔结构中使氟化铁性能更好。”Li说。

第二个问题就是它们释放的能量比吸收的能量少，因此会降低能量效率。然而，目前的研究已经提出了解决的办法。接下来，Jin和Li会通过更多的实验来解决这类问题。该研究能获得的结论是富含氟化铁的电池可使便携式电子产品工作更长时间。Jin强调他们的研究可运用到更多的领域。“如果我们能使这种低成本且储量丰富的氟化铁型锂离子电池效率和循环性最大化，那么我们可以促进可再生能量存储技术的大规模应用。”他说。除此之外，Jin认为他们的X射线成像技术有助于其他固态转变技术的研究，同时也有助于发展无机陶瓷和薄膜太阳能电池技术。

该实验是在布鲁克海文国家实验室国家同步辐射光源的Yu-chen Karen Chen-Wiegart, Feng Wang, Jun Wang等帮助下完成的，资助单位包括美国能源部基础能源科学和威斯康星州能源研究所。电池材料的合成来自于美国国家科学基金会材料研究事业部。该研究发表于《自然通讯》杂志上。

新材料在线编译整理——翻译：杨超   校正：摩天轮