美國科學家宣稱成功合成了{010}方向的單晶磷酸鐵鋰(LiFePO4)奈米薄片。磷酸鐵鋰是鋰離子電池使用的材料之一，鋰化與去鋰化作用只發生在磷酸鐵鋰的{010}晶面，因此上述成果除了能提升鋰離子電池的循環表現之外，這種奈米薄片也能用來研究磷酸鐵鋰的基礎特性，例如奈米尺度下的表面相關電荷/質量轉移過程，或是表面改質如何影響電化學表現。 德州大學奧斯汀分校(University of Texas at Austin)指導這項研究的Guihua Yu指出，磷酸鐵鋰中的的鋰化及去鋰化作用具有高度的各向異性，鋰離子會沿著垂直於{010}晶面的通道擴散。雖然先前有研究人員嘗試控制奈米薄片的方向，但他們是第一個成功合成{010}方向磷酸鐵鋰奈米薄片的團隊，得到的表面-厚度比(surface-to-thickness ratio)也可能是最高的。 此團隊以二甘醇(diethylene glycol)為溶劑來製備{010}方向的片狀磷酸鐵鋰。二甘醇與磷酸鐵鋰的{010}晶面有很強的鍵結，能防止薄片朝此方向進一步生長，因此在奈米薄片生長過程中會產生很大比例的{010}晶面。 相對於市售形狀不規則的磷酸鐵鋰粒子，具方向性的磷酸鐵鋰奈米薄片具有高出許多的可逆容量(即能儲存的能量)。此外，這種奈米薄片製造的電池電極壽命也較長，即使經歷超過1000次循環，容量也不會下降。最重要的是，磷酸鐵鋰能快速充放電，在10C的電流速率(即充放電六分鐘)下可保持理論容量(約170 mAh/g)的七成。該究團隊的研究成果顯示，控制電極材料的結晶方向能有效提升鋰電池的效能。 該團隊目前正嘗試更精確控制奈米薄片的厚度，也在研究厚度與磷酸鐵鋰電化學特性之間的關係。Yu表示，他們也希望利用不同的電池電極材料，進一步研究控制形狀與結構的合成過程，最終製造出效能顯著提升的儲電裝置。詳見近期出刊的Nano Letters | DOI: 10.1021/nl5008568。 |