隨著現(xiàn)代技術(shù)（尤其是電動(dòng)汽車）越來越多地使用可充電電池,，研究人員一直在尋找鋰離子替代材料，以用于可充電電池,。據(jù)外媒報(bào)道,，圣路易斯華盛頓大學(xué)麥凱維工程學(xué)院（McKelvey School of Engineering）的材料科學(xué)家們,，在氟中發(fā)現(xiàn)一種潛在的鋰替代品。氟是一種儲(chǔ)量相對(duì)豐富的輕質(zhì)元素,。

　　有趣的是,，氟離子與鋰離子正好相反，對(duì)電子的吸引力最強(qiáng),，很容易發(fā)生電化學(xué)反應(yīng),。日本的研究人員也在進(jìn)行測(cè)試，在汽車中將氟離子電池作為鋰離子電池的可能替代品,。據(jù)介紹,，使用這些電池，可以使電動(dòng)汽車單次充電運(yùn)行1000公里,。然而,，現(xiàn)有氟離子電池的循環(huán)性能較差，經(jīng)過充放電循環(huán)過程,，往往會(huì)迅速降解,。

　　研究人員Steven Hartman和Rohan Mishra采用新方法設(shè)計(jì)氟離子電池。他們發(fā)現(xiàn)兩種材料,，很容易獲得或失去氟離子,，在實(shí)現(xiàn)良好循環(huán)性的同時(shí)結(jié)構(gòu)變化很小。機(jī)械工程和材料科學(xué)系的助理教授Mishra表示,，這些新電池材料均為層狀電子化合物,。

　　電子化合物是一種相對(duì)較新的材料，可以像普通金屬一樣傳導(dǎo)電子,，但與金屬中的“電子?！辈煌ń饘僦械碾娮臃稚⒃谡麄€(gè)晶體中），在電子化合物中,，電子駐留在晶體結(jié)構(gòu)中的特定間隙位置,，這有點(diǎn)類似于離子。Mishra表示：“根據(jù)我們的預(yù)測(cè)，氟離子可以很容易地取代這些間隙電子,，而不會(huì)導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變形,，從而實(shí)現(xiàn)可循環(huán)性。此外,，由于層狀電子化合物的結(jié)構(gòu)相對(duì)開放,，氟離子可以輕松地移動(dòng)或擴(kuò)散?！?/p>

　　材料科學(xué)與工程學(xué)院的校友Hartman利用量子力學(xué)計(jì)算方法,，對(duì)數(shù)十個(gè)潛在電池候選項(xiàng)進(jìn)行測(cè)試。通過計(jì)算機(jī)化測(cè)試,，將氟化物引入層狀電子化合物氮化二鈣鈣和次碳化釔的間隙中,，使其儲(chǔ)能能力接近鋰離子電池。以氮化二鈣為例,，它由相對(duì)豐富的元素組成,，有助于克服目前鋰離子電池存在的供應(yīng)不足問題。

　　Hartman與Mishra團(tuán)隊(duì)就彼此的研究工作進(jìn)行比照,，后者利用機(jī)器學(xué)習(xí)“大數(shù)據(jù)”技術(shù)來篩選數(shù)千種候選項(xiàng),。Hartman表示：“原則上，你可以通過在常規(guī)電極中大量加入氟離子來提高電荷儲(chǔ)量,。然而,，實(shí)際上這些理論容量很難控制。當(dāng)我們往常規(guī)電極中加入氟化物時(shí),，它們會(huì)在充放電時(shí)急劇膨脹和收縮,，有可能導(dǎo)致破裂和失去電接觸?！?/p>

　　對(duì)于制造耐用的氟化物電池而言,，盡可能減少體積和形狀變化至關(guān)重要。Hartman表示：“據(jù)我們推測(cè),，在層狀電子化合物材料中,，添加和去除氟離子可以使結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯較小的結(jié)構(gòu)變化，有助于延長(zhǎng)循環(huán)壽命,。”

　　Mishra的實(shí)驗(yàn)室正在尋求與其他研究人員合作,，以合成本項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)的電子化合物,，并在原型電池中進(jìn)行測(cè)試。