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美國(guó)大學(xué)研發(fā)無(wú)鈷高能量鋰離子電池 可大幅降低電池成本
時(shí)間:2020-08-13 10:03來(lái)源:蓋世汽車 作者:余秋云
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（圖片來(lái)源：德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校）
由于鈷成本高，在開(kāi)采中還涉及各種人權(quán)問(wèn)題，幾十年來(lái)，研究人員都一直在尋找方法，以從高能量電池中去除鈷。不過(guò)，過(guò)去的一些嘗試都沒(méi)有讓無(wú)鈷電池達(dá)到有鈷電池的性能標(biāo)準(zhǔn)。
據(jù)外媒報(bào)道，美國(guó)德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校科克雷爾工程學(xué)院（the Cockrell School of Engineering at The University of Texas at Austin）的研究人員卻表示，他們已經(jīng)破解了無(wú)鈷高能量鋰離子電池的密碼，既去除了鈷，還能夠降低電池生產(chǎn)成本，同時(shí)還提升了電池某些方面的性能。該研究小組研發(fā)了一種新型陰極，即通常含鈷的電極，其被含鎳量高的成分固定住。該款陰極含有89%的鎳，其他關(guān)鍵成分則是錳和鋁。
電池中含鎳越多，表明其越能多存儲(chǔ)能量。增加了能量密度就可以延長(zhǎng)手機(jī)電池的壽命或是電動(dòng)汽車的續(xù)航里程。
一般而言，電池能量密度增加會(huì)導(dǎo)致電池其他方面性能下降，例如循環(huán)壽命會(huì)更短，即電池在失效和不能再被充滿電之前，可以充放電的次數(shù)。去除鈷通常會(huì)減慢電池的動(dòng)力學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致其充放電速率低，即陰極充放電速度。不過(guò)，研究人員表示，已經(jīng)通過(guò)找到一種最優(yōu)的金屬組合，以確保離子均勻分布，克服了無(wú)鈷電池循環(huán)壽命短以及充放電速率低的問(wèn)題。
大多數(shù)鋰離子電池的陰極采用金屬離子組合，如鎳錳鈷（NMC）或鎳鈷鋁（NCA）。陰極成本大約占整個(gè)電池材料成本的一半，鈷則是最昂貴的成分，價(jià)格約為每噸28,500美元，比鎳、錳和鋁加起來(lái)還要貴，而且在大多數(shù)鋰離子電池陰極中的成分占10%至30%。
研究人員表示：“在電池陰極中，鈷是儲(chǔ)量最少、成本最高的成分。我們正從電池中徹底去除它。”
可以從原子角度觀察到研究人員取得了突破。在合成過(guò)程中，他們能夠確保各種金屬的離子可以在陰極的晶體結(jié)構(gòu)中均勻分布。研究人員表示，當(dāng)此類離子聚集在一起時(shí)，電池的性能就會(huì)下降，而這一問(wèn)題一直困擾著此前研發(fā)的無(wú)鈷、高能量電池。通過(guò)確保此類離子均勻分布，研究人員能夠避免電池的性能損失。
研究人員表示：“我們的目標(biāo)是在保證電池性能和安全性的同時(shí)，只使用儲(chǔ)量豐富且價(jià)格低廉的金屬來(lái)替代鈷，并采用可立即進(jìn)行擴(kuò)展的工業(yè)合成工藝。”
幾位研究人員與德克薩斯大學(xué)技術(shù)商業(yè)化辦公室（UT’s Office of Technology Commercialization）合作，成立了一家名為TexPower的初創(chuàng)公司，旨在將該技術(shù)推向市場(chǎng)。此外，這些研究人員還從美國(guó)能源部獲得資助，而能源部也一直在尋求減少對(duì)關(guān)鍵電池材料的進(jìn)口依賴。
業(yè)內(nèi)已經(jīng)開(kāi)始大力推廣無(wú)鈷電池，最引人注目的就是特斯拉試圖去除其汽車電池中的鈷材料。隨著大型政府機(jī)構(gòu)和私營(yíng)企業(yè)都致力于減少對(duì)鈷的依賴，這一領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)也日趨激烈。研究人員表示，他們通過(guò)創(chuàng)新，正確組合材料，精確控制材料的分布，解決了阻礙無(wú)鈷、高能量電池研發(fā)的問(wèn)題。
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