来源：材料科学与工程
清洁能源是未来可持续发展的关键部分，而有效储存和利用这些能源对第四次技术革命至关重要。锂离子电池(LIBs)是全球最受欢迎的储能设备，广泛应用于笔记本电脑、智能手机和电动汽车。目前将石墨作为锂离子电池的阳极材料，其有限容量为372 mAh/g。因此，有必要开发出容量大、安全、使用寿命更长的阳极材料。迄今为止，过渡金属氧化物、尖晶石和各种2D/3D材料已被研究作为LIBs的潜在阳极。在过去五年中，出现了具有钙钛矿结构的新型材料，如La0.5Li0.5TiO3、CaMnO3、SmFeO3和Bi掺杂SmFeO3。当钙钛矿材料作为LIBs的阳极时，钙钛矿结构体现出许多优良的特点，然而目前还没有锂离子电池以纳米钙钛矿o-HoFeO3为阳极材料的报道。
越南胡志明教育大学的研究人员合成并表征了纳米结构的o-HoFeO3材料，分析了该阳极材料在锂离子电池中的电化学性能。相关论文以题为“Fabricating nanostructured HoFeO3 perovskite for lithium-ion battery anodes via co-precipitation”发表在Scripta Materialia。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114259
本文所用纳米结构HoFeO3，由50毫升Fe(NO3)3(0.1M)和Ho(NO3)3(0.1M)加入500毫升乙醇中磁力搅拌生成(78.3℃)，完成后加热10分钟，然后冷却至室温(RT)。在混合物中滴加5%的氨水，搅拌1 h，氨水的量必须足够使Fe3+和Ho3+阳离子彻底沉淀，过滤后沉淀部分在室温下干燥，进行850℃×1 h退火。
研究发现充电容量从第1次循环的352 mAh/g到第61次循环时增加至475 mAh/g。这可能与循环过程中许多活性位点的形成以及放电过程中纳米粒子(Ho和Fe)的生成有关，这些纳米金属在循环过程中作为Li2O相分解的催化剂，多次循环之后逐渐下降并趋于稳定。经过120次循环后，容量为437 mAh/g，这比其他铁钙钛矿作为锂离子电池的阳极表现出更好的电化学性能。HoFeO3钙钛矿良好的循环性能和良好的循环稳定性表明该材料是一种很有前途的锂离子电池阳极材料。这些结果可以归因于纳米级的晶粒尺寸和独特的钙钛矿结构，从而增强了Li+离子的扩散速率，防止循环过程中的结构损伤。
图1 HoFeO3钙钛矿的XRD结果和晶体结构
图2 HoFeO3的TEM、HRTEM、SAED、EDS图
图3 HoFeO3电极前三个循环的CV曲线和电位曲线
图4 HoFeO3电极的循环性能、库仑效率以及Nyquist图
综上所述，通过简单共沉淀法成功制备了正交晶结构的HoFeO3钙钛矿，然后在空气中进行高温退火。这是锂离子电池阳极的新候选材料。HoFeO3阳极在高容量保持、高循环稳定性、低电荷转移、高Li+表观扩散系数和优异的速率性能方面表现出色。HoFeO3阳极在电流密度0.1A/g下循环120次后的可逆容量为437 mAh/g，在高电流密度10A/g下的充电容量为299 mAh/g。这些卓越的性能可以归因于：(1)大的电极/电解质接触面积，以及降低的锂离子扩散长度，改善了反应动力学；(2)独特的钙钛矿结构，防止电极在循环过程中损坏，有助于获得高可逆存储。本文对钙钛矿阳极在锂电池上的应用有积极作用。