超富锂氧化铁是新一代锂离子电池的一种经济高效且高容量的正极，通过掺杂容易获得的矿物元素可以大大改善其充电循环。

氧化铁锂是一种经济高效的可充电锂离子电池正极材料，通过添加少量丰富的元素可以提高其能量容量和充电循环能力。这项成果由北海道大学、东北大学和名古屋工业大学的研究人员完成，并发表在《ACS Materials Letters》杂志上。

锂离子电池已成为现代生活中不可或缺的一部分，广泛应用于手机、电动汽车和大型电力存储系统等领域。

我们正在进行持续的研究工作，以提高其容量、效率和可持续性。一个主要挑战是减少对稀有且昂贵资源的依赖。一种方法是使用更高效和可持续的材料作为电池阴极，这是关键的电子交换过程发生的地方。

研究人员致力于提高基于特定锂铁氧化物化合物的阴极的性能。 2023年，他们报道了一种有前途的正极材料Li 5 FeO 4，该材料利用铁和氧的氧化还原反应表现出高容量。然而，其开发遇到了与充电循环过程中氧气产生相关的问题。

“我们现在发现，通过将少量丰富的元素(例如铝、硅、磷和硫)掺杂到阴极的晶体结构中，可以显着提高循环性能，”化学系副教授 Hiroaki Kobayashi 说。北海道大学理学部。

事实证明，增强的一个关键化学方面是结构内掺杂剂和氧原子之间形成牢固的“共价”键。当原子之间共享电子时，这些键将原子保持在一起，而不是带正电和带负电的离子之间的“离子”相互作用。

小林说： “掺杂剂和氧原子之间的共价键使得有问题的氧释放在能量上不太有利，因此不太可能发生。”

研究人员利用X射线吸收分析和理论计算来探索引入不同掺杂元素引起的阴极材料结构变化的细节。这使他们能够对他们观察到的改进提出理论解释。他们还使用电化学分析来量化阴极能量容量、稳定性以及充电和放电阶段之间循环的改进，显示容量保留率从 50% 增加到 90%。

小林总结道：“我们将继续发展这些新见解，希望为电池技术的进步做出重大贡献，如果要按照全球应对气候变化的努力，用电力广泛取代化石燃料的使用，电池技术将至关重要。” 。

研究的下一阶段将包括探索将这些方法扩大到准备商业化的技术的挑战和可能性。