高容量和可靠的可充電
電池是許多設(shè)備甚至運(yùn)輸方式的關(guān)鍵組成部分。它們在全球經(jīng)濟(jì)向綠色世界的轉(zhuǎn)變中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。然而,它們的生產(chǎn)中使用了各種各樣的元素,包括鈷,鈷的生產(chǎn)會造成一些環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會問題。
近期,由東京大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一組研究人員在這方面取得了突破。它們首次提出了一種可行的鈷替代品,在某些方面可以超越最先進(jìn)的電池化學(xué),并在大量的充電循環(huán)中持續(xù)工作。最新研究結(jié)果已于近期發(fā)表在了《自然-永續(xù)性》上。
眾所周知,鈷被廣泛用于鋰離子電池的關(guān)鍵部分——電極。然而實(shí)際上,鈷還是一種稀有元素,它非常罕見,目前只有一個主要來源:位于剛果民主共和國的一系列礦山。多年來,關(guān)于這些礦山的環(huán)境后果以及那里的勞動條件,包括使用童工,已經(jīng)產(chǎn)生了許多問題。
此外,從供應(yīng)的角度來看,由于該地區(qū)的政治和經(jīng)濟(jì)不穩(wěn)定,鈷的來源也是一個問題。
東京大學(xué)化學(xué)系統(tǒng)工程系的Atsuo Yamada教授說:“為了改進(jìn)鋰離子電池,我們想要從使用鈷過渡到不使用鈷的原因有很多。”
“對我們來說,這是一個技術(shù)挑戰(zhàn),但它的影響可能是環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會和技術(shù)多方面的。我們很高興地報(bào)告說,通過在電極中使用一種新的元素組合,即鋰、鎳、錳、硅和氧。我們找到了鈷的新替代品,而且這些元素在生產(chǎn)和使用中都更常見,問題也更少。”他補(bǔ)充道。
據(jù)悉,該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造的新電極和電解質(zhì)不僅不含鈷,而且在某些方面實(shí)際上改善了當(dāng)前電池的化學(xué)性質(zhì)。新型鋰電池的能量密度比市售的其他鋰電高出約60%,它可以提供4.4伏的電壓,而傳統(tǒng)的鋰電池只能提供3.2-3.7伏電壓。
但最令人驚訝的技術(shù)成就之一是改進(jìn)了充電特性。使用新化學(xué)物質(zhì)的測試電池能夠在1000次循環(huán)中完全充放電(模擬3年的完全使用和充電),同時只損失約20%的存儲容量。
Yamada說,“我們還有一段路要走,還需要進(jìn)一步提高安全性和壽命。目前,我們相信這項(xiàng)研究將為許多應(yīng)用帶來改進(jìn)的電池,但一些需要極端耐用性和壽命的應(yīng)用可能還不能滿足。”
(責(zé)任編輯:子蕊)