外媒報道稱，為了開發鋰基電池的替代設計，減少對稀有金屬的依賴，美國佐治亞理工學院研究人員一直在尋找新的正極和電解質，以低成本的過渡金屬氟化物和固體聚合物電解質替代昂貴的金屬鈷和傳統的液體電解質。

“由過渡金屬氟化物制成的電極長期存在穩定性問題和快速失效，導致人們對它們用于下一代電池的能力產生了極大的懷疑，”佐治亞理工學院材料科學與工程學院教授GlebYushin說，“但我們已經證明，當與固體聚合物電解質一起使用時，金屬氟化物即使在較高溫度下也能表現出非凡的穩定性，這可能會產生更安全、更輕、更便宜的鋰離子電池。”

對此，喬治亞理工學院的研究人員用氟化鐵和固體聚合物電解質納米復合材料制造了一種新型正極材料。為了生產這種正極，研究人員將固體聚合物電解質插入預制的氟化鐵電極中，然后熱壓整個結構以增加密度并消除空隙。

“由氟化鐵制成的陰極具有巨大的潛力，因為它們具有高容量，低材料成本和廣泛的鐵含量，”Yushin說，使用具有彈性的固體電解質可以解決許多問題。

由于聚合物基電解質是柔性的，因此它可以在循環時適應氟化鐵的溶脹，并與氟化鐵形成穩定且柔韌的界面，從而解決了先前電池設計中使用氟化鐵出現的膨脹和大量副反應等關鍵問題。

為了進一步研究該材料的性能，研究人員測試了新型固態電池的幾種變體，分析了它們在122華氏度的溫度下超過300次充放電循環的性能。他們發現新電池在使用金屬氟化物時表現優于以前的設計，而更好的電池性能的關鍵是固體聚合物電解質。

據了解，氟化鐵的鋰容量是傳統鈷基或鎳基正極的兩倍以上。此外，鐵的成本僅為鈷的1/300和鎳的1/150。

未來，研究人員的目標是開發新的和改進固體電解質，以實現快速充電，并在新設計中結合固體和液體電解質，與大型電池企業使用的傳統電池制造技術完全兼容。