作者贝丝·米勒，华盛顿大学圣路易斯分校
路易斯（号外乐团成员） 在这里，层状电子体，如Ca2N和Y2C——它们有一个占据晶格位置的电子——被预测为氟化物插层的有希望的宿主，因为它们的阴离子电子产生大的空隙，并且它们的开放层状结构能够实现快速扩散
学分:新加坡实验室 随着可充电电池越来越多地被用于现代技术，特别是电动汽车，研究人员一直在寻找可充电电池中锂离子的替代材料
现代电池使用锂和钴，但是它们的供应量非常有限
圣路易斯华盛顿大学麦克艾维工程学院的材料科学家
路易斯发现了氟中锂的潜在替代品，氟是一种相对丰富且较轻的元素
他们的研究发表在12月
7在材料化学杂志上
有趣的是，氟离子是锂离子的对立面，对电子有最强的吸引力，这使得它很容易进行电化学反应
日本的研究人员也在测试氟离子电池作为汽车锂离子电池的可能替代品
他们说这些电池可以让电动汽车一次充电行驶1000公里(621英里)
然而，目前的氟离子电池的循环性能很差——也就是说，它们在充放电循环中会迅速退化
研究人员史蒂文·哈特曼和罗汉·米什拉采用了一种新的方法来设计氟离子电池，他们发现了两种材料，这两种材料在经历小的结构变化时容易获得或失去氟离子，从而实现良好的循环性能
机械工程和材料科学助理教授米什拉说，新的电池材料都是层状电子
米什拉说，电子是一种相对较新的材料，原则上已经知道大约50年了，但是直到过去10到15年，人们才更好地理解它们的性质
虽然这些材料像普通金属一样传导电子，但不像金属中的“电子海洋”，电子在整个晶体中离域，在电子晶体中，电子驻留在晶体结构中特定的间隙位置，类似于离子
“我们预测，这些间隙电子可以很容易地被氟离子取代，而不会对晶体结构产生显著的变形，从而实现可循环性，”米什拉说
由于层状电极相对开放的结构，氟离子也可以相当容易地移动或扩散
" 哈特曼是材料科学与工程学院的校友，在接受洛斯阿拉莫斯国家实验室的博士后奖学金之前，他在米什拉的实验室获得了博士学位，他使用量子力学计算测试了几十个潜在的电池候选人
计算机化测试将氟化物引入层状电子化合物氮化二钙和低碳化钇的间隙空间
储能能力接近锂离子电池的性能
在氮化二钙的情况下，它由相对丰富的元素组成，可以帮助克服目前用于锂离子电池的元素供应短缺
哈特曼将电池研究与米什拉小组的其他一些工作进行了对比，后者使用机器学习“大数据”技术来筛选成千上万的候选人
哈特曼说:“这比我们做过的其他研究需要更多的直觉和反复试验。”
“原则上，你可以在传统电极中加入大量氟离子来储存大量电荷，但实际上，这些理论容量很难管理
当我们在传统电极中加入氟化物时，它们在充放电时会急剧膨胀和收缩，这可能导致破裂和失去电接触
" 最小化这种体积和形状的变化对于制造耐用的氟化物电池是至关重要的
哈特曼说:“在这些层状电致发光材料中，我们预测添加和去除氟离子将导致显著更小的结构变化，从而有助于实现更长的循环寿命。”
米什拉的实验室希望与研究人员合作，他们可以合成这项研究中发现的有前途的电子化合物，并在原型电池中进行测试
麦克艾维工程学院包含一群跨学科的教员，他们从事电池研究
能源、环境和化学工程助理教授白鹏最近的研究成果是，能够逼近电池的电流密度阈值，并准确预测任何特定电流密度下的短路时间
能源、环境与化学工程教授何(Jason He)最近进行了一项可行性研究，将锂离子电池电化学“再填充”到用过的电极中，以再生有用的化合物，如锂钴氧化物
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