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近日，美国西北大学和阿贡国家实验室的研究人员通过引入铁和氧气，研制出可充电锂-氧化铁电池，大幅提高锂离子电池容量，电池续航能力有望因此提升8倍，满足多种应用。研究成果发表在《自然能源》杂志上。 锂离子电池的工作原理是在阳极和阴极间来回穿梭锂离子，当锂离子从阳极传递到阴极然后再返回时，有效地储存和释放电能。锂离子电池阴极通常由过渡金属、锂离子和氧组成的化合物生成。Christopher Wolverton教授说：“过渡金属通常是钴，由于一个钴只对应一个锂离子限制了其所能存储的电量。更糟糕的是，现在的电池……通常只用了阴极中锂离子的一半。” 研究团队使用铁代替了钴，并驱动氧气参与到反应过程中。该可充电锂-铁-氧电池能够比其对应的锂-钴-氧电池使用更多的锂离子。研究团队指出，到目前为止尚未有铁成功应用于电池的先例，而用于帮助驱动化学反应的氧气也被认为会导致电池变得不稳定。但研究团队已证实其所研制的锂-氧化铁电池不仅可以工作，且性能卓越。研究人员补充道，如果氧气能够同样存储和释放电能，电池将具备能力来存储和使用更多的锂离子。 研究团队通过使用数值计算，确定了锂、铁和氧的正确配比，使氧和铁可同时驱动一个可逆反应，并保证氧气不会逸出。该可充电锂离子电池具备完全充放电能力，并且通过使用铁和氧气来同时循环四个锂离子，实现被Wolverton教授所描述的“令人激动”的反应。 Wolverton教授说：“对每个金属而言，四个锂离子的同时循环将改变所有的事情。这意味着电池续航能力将提升8倍，汽车的行驶距离增加8倍。如果电动汽车的行驶距离和成本能够与汽油车相当，甚至超越后者，将改变世界。这不仅是电池发生的一个有趣的化学反应，我们从金属和氧气中同时获得了电子，而且我们还使用了铁，这就具备了潜力来生产更好同时更廉价的电池。” 此项研究由美国能源部（DOE）能源前沿研究中心项目提供资金支持。 Wolverton教授已向西北大学创新和风险投资办公室申请了电池的临时专利。下一步将继续发现其他化合物来证明这一策略可以发挥作用。
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