Wolverton的團隊與Argonne國家實驗室的研究人員合作成功研制出了一種可充電的鋰-氧化鐵電池，這種電池能夠比普通的鋰鈷氧化物電池循環使用更多的鋰離子。

結果是得到一個更大容量的電池，這將使得由電池供電的電動汽車和智能手機持續工作更長時間。

西北大學麥考密克工程學院材料科學與工程教授Wolverton說:我們對電池的計算結果是十分興奮的，但是如果沒有實驗證實，就會有很多懷疑論者懷疑它的科學性。事實上他確實作用是很顯著的。

這項由美國能源部能源前沿研究中心(EnergyFrontierresearchCenterprogram)支持的研究最近在《自然能源》(NatureEnergy)雜志上發表。在Wolverton實驗室的博士生ZhenpengYao和Argonne的博士后ChunZhan是該論文的第一批作者。阿貢領導了這項研究的實驗部分，沃爾弗頓和姚明負責計算開發。

鋰離子電池的工作原理是在陽極和陰極間來回穿梭鋰離子。當電池充電時，離子會移動到陽極。陰極由一種由過渡金屬、鋰離子和氧組成的化合物生成。過渡金屬通常是鈷，當鋰離子從陽極傳遞到陰極然后再返回時，有效地儲存和釋放電能。然后陰極的容量被過渡金屬中的電子數量給限制了。

20年來，鋰鈷氧化物電池一直在商業上可用，但研究人員長期以來一直在尋找更大容量、更便宜的替代品。Wolverton的團隊利用兩種策略增強了普通的鋰鈷氧化物電池:用鐵代替鈷迫使氧氣參與反應過程。

如果氧氣還能儲存和釋放電能，電池將有更大的容量儲存，然后使用越來越多的鋰。盡管其他研究團隊過去也嘗試過這種方法，但只有少數人成功。

“以前的問題是，如果你試圖讓氧氣參與反應，化合物就會變得不穩定，”Yao說。“氧氣會從電池中釋放出來，使反應不可逆。

Wolverton和Yao通過計算發現了一種能夠使工作可逆的公式。他們首先用鐵代替鈷，這是有益的，因為它是周期表上最便宜的元素之一。通過計算，他們發現了鋰、鐵和氧離子的正確平衡方式，以便讓鐵和氧同時驅動可逆反應，防止氧氣的逸出。

Wolverton說“由于我們從金屬和氧得到電子，而且我們使用的金屬是鐵，我們的電池不僅有很有趣的化學成分，而且有可能制造出更加便宜的電池”

另一個重要的方面是，完全充電電池不是一個鋰離子開始的而是由四個鋰離子開始的。目前的反應是能夠可逆地利用其中一個鋰離子，主要是提高現有電池的容量。然而，通過使用氧氣和鐵來驅動整個反應的可能性確實是誘人的。

“每個金屬有四個鋰離子，這將改變一切，”Wolverton說。“這意味著你的手機可以延長8倍，或者你的車能開8倍的距離。如果電動車能夠在行駛里程和成本方面與汽油動力汽車競爭，那么這將改變世界。”

Wolverton已經向西北大學的創新和風險投資辦公室提出了電池的臨時專利。展望未來，沃爾弗頓和他的團隊計劃發現其他的化合物來證明這一策略可以發揮作用。