研究团队用镍取代传统锂电池中的钴元素 兼顾成本与环保效益

摘要:

作为一种相对稀有且贵重的重金属,钴在当今锂电池中起着至关重要的作用。然而德克萨斯大学奥斯汀分校的科学家们,已经想到了一种完全未用到钴元素、但性能又媲美传统锂电池的新型电极。除了节省制造成本,还对从事采矿工作的人员和环境保护都具有重要的意义。

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粉末样品将制成无钴电极(来自:UT Austin

据悉,钴在整个充放电周期中具有出色的导电与耐久性。自问世以来,它一直是锂电极的关键材料。

然而采矿行业对环境和工人健康的负面影响(接触危险剂量的有毒金属和自然景观 / 水源的退化),已于近年遭到越来越多的抨击。

有鉴于此,许多研究团队开始将目光瞄向更低成本、或具有更高的环保效益的替代电极材料上。其中包括 IBM 研发的一种实验性电池,其特点是使用了从海水中提取的材料。

不过德克萨斯大学奥斯汀分校的研究团队,正在开发另一种完全不含钴的新型电极结构。

通常情况下,厂商会使用包括钴、镍、铝在内的金属离子混合物来制造电极。其中最贵的莫过于钴,甚至可占到整体成本的一半左右。

研究作者 Arumugam Manthiram 指出:“钴是电池电极中含量最少、但又最昂贵的成分。好消息是,我们正在完全消除对它的依赖”。

通过调整配方,换用含镍 89%、其余部分由锰、铝补上的新型电极材料,研究团队已能够实现这一目标。

其中的关键,在于让不同金属的离子在合成过程中均匀分布在整个阴极上,以克服其它设计的主要缺点 —— 因为离子会在特定位置聚集,从而降低电池的性能。

新型电池结构具有其它一些优势,比如较高的镍含量可存储更多的能量,意味着电动车里程、或移动设备续航的进一步增长。

Arumugam Manthiram 表示:“在不牺牲循环使用寿命的情况下,我们还提升了电池的能量密度和降低了成本”。

最后,为将这项技术推向市场,研究团队还成立了一家初创企业。有关这项研究的详情,已经发表在近日出版的《先进材料》(Advanced Materials)期刊上。

原标题为《High‐Nickel NMA: A Cobalt‐Free Alternative to NMC and NCA Cathodes for Lithium‐Ion Batteries》。

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