作為一種相對(duì)稀有且貴重的重金屬,鈷在當(dāng)今鋰電池中起著至關(guān)重要的作用。幾十年來,由于鈷的高成本和采礦行業(yè)對(duì)環(huán)境和工人健康的負(fù)面影響(接觸危險(xiǎn)劑量的有毒金屬和自然景觀/水源的退化),研究人員一直在尋找從為電子設(shè)備供電的高能電池中消除鈷的方法。但是過去的嘗試并沒有達(dá)到鈷電池的性能標(biāo)準(zhǔn)。
近日,來自德克薩斯大學(xué)奧斯汀分??瓶死谞柟こ虒W(xué)院的研究人員表示,他們已經(jīng)破解了無鈷高能鋰離子電池的密碼,消除了鈷元素,打開了降低電池生產(chǎn)成本的大門,同時(shí)在某些方面提升了性能。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)已發(fā)表在本月的《高級(jí)材料》雜志上。
通常,能量密度的增加會(huì)導(dǎo)致權(quán)衡,比如縮短循環(huán)壽命——電池在失去效率和無法再充滿電之前可以充放電的次數(shù)。而消除鈷通常會(huì)減慢電池的動(dòng)力學(xué)響應(yīng),并導(dǎo)致低速率能力——陰極充電或放電的速度。
此外,大多數(shù)鋰離子電池的陰極使用金屬離子的組合,如鎳錳鈷(NMC)或鎳鈷鋁(NCA)。陰極大約占整個(gè)電池材料成本的一半,鈷是最昂貴的元素。它的價(jià)格約為每噸28500美元,比鎳、錳和鋁的總和還要貴,而且占大多數(shù)鋰離子電池陰極的10%至30%。
而研究人員通過調(diào)整配方,換用含鎳89%、其余部分由錳、鋁補(bǔ)上的新型電極材料,實(shí)現(xiàn)消除對(duì)鈷元素的依賴。而電池中的鎳越多,就意味著它能儲(chǔ)存更多的能量。這種能量密度的增加可以延長(zhǎng)手機(jī)的電池壽命,也可以使電動(dòng)汽車每次充電的續(xù)航里程更長(zhǎng)。
事實(shí)上,工業(yè)界已經(jīng)開始推動(dòng)無鈷化,最明顯的是特斯拉公司努力消除為其電動(dòng)車提供動(dòng)力的電池中的物質(zhì)。隨著大型政府組織和私營(yíng)公司致力于減少對(duì)鈷的依賴,這種追求變得競(jìng)爭(zhēng)激烈也就不足為奇了。研究人員認(rèn)為,他們已經(jīng)避免了阻礙其他無鈷高能電池嘗試的問題,這些問題的創(chuàng)新則在于材料的正確組合和對(duì)其分布的精確控制。
原標(biāo)題:陳根:鋰電池制造元素新配方,兼顧成本與環(huán)保效益