Redox-less电子转移在“古怪”的材料可以让强大的电池

材料已被确认,应该有奇怪的属性能够存储和失去电子而不常见的氧化还原反应有关。redox-less过程,预测发生在一个基于fluoride-ion材料,能够持久,下一代高容量电池。

“这真是奇怪,但令人兴奋,”说斯科特•沃伦领导工作在北卡罗莱纳大学教堂山分校,我们。这可能是第一个例子的电子转移没有还原或氧化,换句话说,没有原子改变他们。”

在传统的电池,如lithum-ion,原子在电极开关从正负电荷,反之亦然,因为他们得到或失去电子时充电或放电。这意味着材料的原子是减少或氧化导致电池的电极收缩或生长在体积,在某些情况下30%。在许多充电和放电周期,这最终导致电极裂纹和削减电池寿命和性能。

的科学家是如此习惯于认为只有在可以找到电子原子,每个人都认为减少和氧化是一个必要的电子转移的结果,”沃伦说。但八年前,沃伦想知道材料的负离子可以替换掉,取而代之的是电子可能存在。

现在,沃伦的实验室已经成功探索类的材料称为电子化合物。这些拥有一个矩阵结构,电子脱离原子,电子提供的可能性表现得像负离子,从而完全避免氧化还原反应。计算机计算了研究人员对潜在候选人电子化合物,最有前途的钇difluorocarbene (Y₂CF₂),该模型显示可以可逆地失去氟离子成为[Y₂C]^{2 +}(e^{- - - - - -})₂,两个电子取代两个氟离子。

”在寻找高能量密度电池化学反应,可以超越商业锂离子和授权革命性的应用,如电动飞行,fluoride-ion电池是最科学的有趣,”说毛罗。意大利面英国牛津大学研究储能。如果验证实验,电子化合物可能成为最有前途的一个高容量活性材料fluoride-ion电池。”

与电池电极,原子和电子,电池的放电过程中我们会失去电子,但不会成为材料内部的原子氧化或减弱,”沃伦解释道。”因为与含氟电子互换,因为电子氟化是相同的大小,材料的体积几乎没有变化。这表明,开裂和容量损失不会发生在传统电池一样的程度。

更重要的是,研究小组发现它redox-less电池系统当前商业锂离子电池容量的两倍。这是因为转换Y₂C Y₂CF₂商店两个氟原子离子每三个主机。同时,最好的锂离子电池为每三个主机存储一个锂离子原子。这就是为什么更加奇怪,体积没有变化,因为我们原子在电极的数量增加了66%,”沃伦说。

这是开箱即用的思考,将有很多基本的重要性,”说安吉Munnangi英国斯旺西大学氟化开发第一个电池在2011年。然而,他建议将“有限的实际相关性fluoride-ion电池”,因为大多数已知的电子化合物都重,他们只能存储少量的费用。“我想看看材料将执行在实际设备。”