【導(dǎo)讀】目前我們的手機(jī)、筆記本電腦和電動(dòng)汽車的電池都有一個(gè)主要缺點(diǎn):它們都依賴于鈷。鈷是一種很難找到的金屬,主要來自非洲的礦山,鈷的采集對(duì)于當(dāng)?shù)丨h(huán)境和礦工來說都存在著不少問題。
目前我們的手機(jī)、筆記本電腦和電動(dòng)汽車的電池都有一個(gè)主要缺點(diǎn):它們都依賴于鈷。鈷是一種很難找到的金屬,主要來自非洲的礦山,鈷的采集對(duì)于當(dāng)?shù)丨h(huán)境和礦工來說都存在著不少問題。
為了找到擺脫對(duì)鈷依賴的鋰離子電池的其他解決方案,美國阿貢國家實(shí)驗(yàn)室的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種不含鈷且更加穩(wěn)定的陰極材料,基于這項(xiàng)研究的論文發(fā)表在9月21日的《自然》雜志上。
作為電池成分,鈷具有熱穩(wěn)定性,這意味著它即使被加熱到很高的溫度也能發(fā)揮作用,同時(shí)還具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。研究人員一直在尋找可以提供這些相同優(yōu)點(diǎn)而又沒有鈷缺陷的不同材料。而這款新陰極則兼具有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn):它不含鈷且十分穩(wěn)定,這意味著它不會(huì)在反復(fù)充電和放電時(shí)發(fā)生結(jié)構(gòu)故障,例如開裂。
新型無鈷鋰離子電池(圖片來源:Shutterstock/nevodka。)
該材料不使用鈷,而是富含鎳。這種陰極化學(xué)成分復(fù)雜,含有少量的各種其他金屬包括鉬、鈮和鈦等。
“你可以把建造陰極想象成用不同種類的磚塊蓋房子,”該論文的合著者、阿貢的物理學(xué)家Wenqian Xu“通過使用各種不同形狀和大小的磚塊,我們可以增強(qiáng)房屋的穩(wěn)定性。多種元素有助于確保陰極顆粒的完整性?!?/p>
研究人員想研究新陰極的結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性,因?yàn)槠渌绘囮帢O通常耐熱性差,容易導(dǎo)致電池材料氧化和熱失控,在某些情況下可能導(dǎo)致爆炸。此外,盡管高鎳正極可以容納更大的容量,但反復(fù)膨脹和收縮導(dǎo)致的體積變化會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)定性差和安全問題。
為了測(cè)試新電池,研究人員將其循環(huán)了一千多次。他們發(fā)現(xiàn),在這個(gè)過程中,正極材料經(jīng)歷了不到0.5%的體積膨脹,這大約是之前富鎳陰極經(jīng)歷的體積膨脹的十分之一。
為了測(cè)試這種稱為HE-LMNO的新型陰極材料的耐熱性,加州大學(xué)歐文分校團(tuán)隊(duì)在APS(先進(jìn)光子源)上使用光束線11-ID-C研究材料在高溫下會(huì)發(fā)生什么。與之前在高溫下表現(xiàn)出嚴(yán)重納米裂紋的高鎳陰極相反,HE-LMNO經(jīng)歷了相變,使其能夠繼續(xù)發(fā)揮作用并保持容量。HE-LMNO中的HE代表高熵,這一特性是指合金中包含大量不同元素。
Wenqian Xu表示,這項(xiàng)研究可以為許多新電池陰極提供設(shè)計(jì)思路,有助于減少下一代鋰離子電池對(duì)鈷的依賴?!拔覀儾粌H找到了一種新電池,”他說“真的,通過在結(jié)構(gòu)中混合不同的過渡金屬,我們可能會(huì)看到更多有趣的陰極候選物。可能會(huì)有一些比我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的更好的東西?!?/p>
(來源:綜合報(bào)道)
免責(zé)聲明:本文為轉(zhuǎn)載文章,轉(zhuǎn)載此文目的在于傳遞更多信息,版權(quán)歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問題,請(qǐng)聯(lián)系小編進(jìn)行處理。
推薦閱讀:
世界濕地日:??低晹y手一個(gè)地球自然基金會(huì),在上海守護(hù)這個(gè)重要“驛站”
MEMS麥克風(fēng)為筆記本和耳機(jī)聽筒帶來新體驗(yàn)