【導讀】目前我們的手機、筆記本電腦和電動汽車的電池都有一個主要缺點：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，鈷的采集對于當?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、筆記本電腦和電動汽車的電池都有一個主要缺點：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，鈷的采集對于當?shù)丨h(huán)境和礦工來說都存在著不少問題。
為了找到擺脫對鈷依賴的鋰離子電池的其他解決方案，美國阿貢國家實驗室的研究團隊開發(fā)了一種不含鈷且更加穩(wěn)定的陰極材料，基于這項研究的論文發(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，同時還具有結構穩(wěn)定性。研究人員一直在尋找可以提供這些相同優(yōu)點而又沒有鈷缺陷的不同材料。而這款新陰極則兼具有兩個優(yōu)點：它不含鈷且十分穩(wěn)定，這意味著它不會在反復充電和放電時發(fā)生結構故障，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。這種陰極化學成分復雜，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，我們可以增強房屋的穩(wěn)定性。多種元素有助于確保陰極顆粒的完整性。”
研究人員想研究新陰極的結構和熱穩(wěn)定性，因為其他富鎳陰極通常耐熱性差，容易導致電池材料氧化和熱失控，在某些情況下可能導致爆炸。此外，盡管高鎳正極可以容納更大的容量，但反復膨脹和收縮導致的體積變化會導致穩(wěn)定性差和安全問題。
為了測試新電池，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。
為了測試這種稱為HE-LMNO的新型陰極材料的耐熱性，加州大學歐文分校團隊在APS(先進光子源)上使用光束線11-ID-C研究材料在高溫下會發(fā)生什么。與之前在高溫下表現(xiàn)出嚴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，這項研究可以為許多新電池陰極提供設計思路，有助于減少下一代鋰離子電池對鈷的依賴。“我們不僅找到了一種新電池，”他說“真的，通過在結構中混合不同的過渡金屬，我們可能會看到更多有趣的陰極候選物。可能會有一些比我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的更好的東西。”
（來源：綜合報道）
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