新材料延長電池壽命

材料牛注：如今，大多數智能電子設備都是在鋰離子電池的支持下才得以使用，但是鋰離子電池也有一定的缺點。限制其發展的一個主要因素就是它的負極材料，密歇根州立大學的Evgeny Antipov教授和他的團隊用鉀離子類似物替代了昂貴的鋰離子組件從而解決了這一難題。

鋰離子電池適用的電子設備非常廣泛，手機、平板、筆記本電腦都在使用鋰離子電池，它們在90年代開始流行,隨后取代了曾經廣泛使用的鎳氫電池。然而,鋰離子電池也有許多缺點。例如, 當溫度低于零時，他們的容量可能下降。另外由于昂貴的含鋰材料的使用，價格也頻遭吐槽。例如，你買一款S型特斯拉汽車，那么大約有一半的費用將會花在鋰離子電池上。另一方面，鋰離子電池非常緊密，體積較大。這意味著你的設備需要依靠一個相對較小的電池。

限制鋰離子電池性能的一個關鍵要素是它的負極材料。對于大多數材料來說，它們的容量已經達到極限。因此，科學家和工程師正在積極尋找新的負極材料能夠在幾分鐘內完成充電，并在高電流密度下，操作和儲存更多的能量。

過渡金屬氟化物的磷酸鹽是最有前景的新一代鋰離子電池負極材料類之一。

這項工作由Evgeny Antipov教授指導，由密歇根州立大學的一個科學家小組和俄羅斯、比利時的同事一起完成的。他們致力于制造出一種基于鉀、釩磷酸鹽的大功率負極材料。目前他們的研究結果發表在Chemistry of Materials上(影響因子8.354)。

“這項工作最初基于一個關于幾何和晶體化學的簡單想法。” Stanislav Fedotov說道，他是該篇文章作者之一，也是密歇根州立大學化學學院電化學部的科學家。

科學家們成功地穩定了一個獨特的晶體結構,它通過空腔和渠道來提供快速運輸。因此，建議負極材料的高充放電率(90秒內)下要保留超過最初儲電量的75%。其形態和結構優化，這種材料可能成為一個強有力的競爭者，尤其是對類似于鈉超離子導體等常用的、商業化很成功的大功率負極材料。

根據作者的介紹，這項工作的結果不僅可以帶來充足的機會去進一步合成新的鋰離子電池負極材料，也能促進新型電池的發展，電荷載體將由鉀離子代替鋰離子。

“可以預見這種電池將不僅能提供高的能量密度，而且由于用便宜的含鉀類似物來替代昂貴的含鋰組件從而具有經濟吸引力。”Stanislav解釋道。

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