位于華盛頓州里奇蘭的西北太平洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Pacific Northwest National Laboratory，PNNL）的研究人員開(kāi)發(fā)了一種技術(shù)，能將無(wú)法正常儲(chǔ)存電力的電位電極材料，轉(zhuǎn)換成能比市場(chǎng)上現(xiàn)有的類似電池材料儲(chǔ)存更多能量。
服務(wù)能源：當(dāng)用一種新工藝培育磷酸錳鋰時(shí)，形成了一種微小的盤(pán)。這些盤(pán)能傳導(dǎo)電荷和鋰離子，使其變成一種能儲(chǔ)存電力的有用材料。來(lái)源：崔代榮（音譯）/ 西北太平洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室
在刊于《納米快報(bào)》（Nano Letters）的文章中，西北太平洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員展示了固體石蠟和油酸有利于磷酸錳鋰層狀納米結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)。這些“納米盤(pán)”又小又薄，使得電子和離子（帶有正電或負(fù)電的原子或分子）更易出入。這使得該材料——通常并不作為電池材料，因?yàn)樗鼘?dǎo)電性差——變?yōu)閮?chǔ)存大量電力的材料。
當(dāng)研究人員測(cè)試該材料的性能時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)它儲(chǔ)存的能量比類似的商業(yè)電極材料——磷酸鐵鋰的理論最大能量容量多10%，磷酸鐵鋰用于電力工具及一些電動(dòng)和混合動(dòng)力車。
這種方法將開(kāi)啟一扇大門(mén)，使得一系列目前傳送電和鋰離子能力有限的材料也能用作候選電池材料。西北太平洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的能源材料研究員崔代榮說(shuō)，這一領(lǐng)域的研究人員發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)尚待研究的電池材料導(dǎo)電性不佳。這種新方法提供了一種提高導(dǎo)電性的簡(jiǎn)便方法。他說(shuō)該方法還能與傳統(tǒng)的電池制造技術(shù)相兼容。
磷酸鐵鋰和磷酸錳鋰都是很有吸引力的電池電極材料，因?yàn)樗鼈冇蟹€(wěn)定的原子結(jié)構(gòu)。這種晶體結(jié)構(gòu)——叫做橄欖石——比筆記本電腦和手機(jī)電池電極材料的晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定得多。因此，橄欖石材料的壽命遠(yuǎn)比通常手機(jī)電池材料的3年時(shí)間長(zhǎng)得多。有些制造商聲稱磷酸鐵鋰電池能經(jīng)歷30000次完全充、放電的循環(huán)，而不會(huì)有很大的儲(chǔ)能容量損失——足以使電池維持50年，崔說(shuō)。
理論上，磷酸錳鋰能維持的循環(huán)次數(shù)與此相當(dāng)，因?yàn)樗鼈冇邢嗨频木w結(jié)構(gòu)。但磷酸錳鋰多了一個(gè)優(yōu)勢(shì)，即，擁有比磷酸鐵鋰多儲(chǔ)存20%能量的潛力，因?yàn)樗墓ぷ麟妷焊摺Ｈ欢?，很難調(diào)整磷酸錳鋰，克服它是電絕緣體的事實(shí)。
之前的嘗試需要在制造固體電池材料前，在液體溶液中處理前體物——這個(gè)過(guò)程太昂貴，不適于商業(yè)生產(chǎn)。西北太平洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的新方法去除了這個(gè)獨(dú)立的液體處理步驟，簡(jiǎn)化了工藝，使其能與現(xiàn)有的生產(chǎn)技術(shù)相兼容。
為了準(zhǔn)備這種材料，研究人員把化學(xué)前體物和固體石蠟及油酸混合。石蠟和油酸共同作用，使前體物材料形成尺寸和形狀易控制的結(jié)晶體，而沒(méi)有聚塊。石蠟在過(guò)去經(jīng)常處理材料的高溫下溶解，并作為溶劑取代了早期研究中應(yīng)用的獨(dú)立的液體工藝步驟。
到目前為止，該材料的充電效率很低（盡管它提供電力的速度足以適用于許多應(yīng)用）。崔表示下一步是研發(fā)一個(gè)更好的為納米盤(pán)涂上碳的工藝，這樣能提高導(dǎo)電性。
盡管磷酸錳鋰比磷酸鐵鋰更吸引人，因?yàn)樗軆?chǔ)存更多的能量，但相比其他類型的鋰離子電池的電極，兩者占據(jù)了相對(duì)較大的市場(chǎng)。達(dá)爾豪西大學(xué)的物理和化學(xué)教授杰夫•丹（Jeff Dahn）表示，這一特性也許使得它們最終更適用于固定設(shè)備——如儲(chǔ)存來(lái)自電網(wǎng)的電力以消除可再生能源的不穩(wěn)定性——而不適用于電動(dòng)汽車。
