(圖片來源:德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校)
由于鈷成本高,在開采中還涉及各種人權(quán)問題,幾十年來,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,過去的一些嘗試都沒有讓無鈷
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,研究人員表示,已經(jīng)通過找到一種最優(yōu)的金屬組合,以確保離子均勻分布,克服了無鈷電池循環(huán)壽命短以及充放電速率低的問題。
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,而這一問題一直困擾著此前研發(fā)的無鈷、高能量電池。通過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)開始大力推廣無鈷電池,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,他們通過創(chuàng)新,正確組合材料,精確控制材料的分布,解決了阻礙無鈷、高能量電池研發(fā)的問題。
(責(zé)任編輯:子蕊)