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中年|美研究员开发新型低成本高性能无钴锂离子电池


【中年|美研究员开发新型低成本高性能无钴锂离子电池】几十年来 ， 由于钴高昂的成本和采矿过程中对人的消极影响 ， 研究人员一直在寻找消除钴的方法 。 得克萨斯大学（The University of Texas）奥斯汀分校考克雷尔工程学院（the Cockrell School）的研究人员表示 ， 他们已经破解了无钴高能锂离子电池的代码 ， 消除了钴的存在 ， 并为降低电池生产成本打开了大门 ， 同时以某种方式提高了电池的性能 。 该团队报告了一种新型的阴极 ， 其镍含量很高 。 他们研究的电池阴极是89％的镍 ， 锰和铝也是其关键元素 。
中年|美研究员开发新型低成本高性能无钴锂离子电池
本文插图

These powder samples will be fabricated to become the cobalt-free cathode.Credit: University of Texas at Austin
电池中存在更多的镍意味着它可以存储更多的能量 。 增加的能量密度可以使得每次充电后电动汽车的续航时间更长 。 这一研究结果发表在近期的《先进材料》杂志上 。 该论文由沃克机械工程系教授Arumugam Manthiram撰写 。
能量密度的增加通常会导致权衡取舍 ， 例如较短的循环寿命等问题 。 消除钴会减慢电池的反应速度并降低速率 ， 即减慢阴极的充电或放电速度 。 但是 ， 研究人员表明 ， 他们通过寻找金属的最佳组合并确保离子均匀分布的方法 ， 克服了电池循环寿命短和速率能力差的问题 。

锂离子电池的大多数阴极都使用金属离子的组合 ， 例如镍锰钴（NMC）或镍钴铝（NCA） 。 阴极大约占整个电池材料成本的一半 ， 而钴是最昂贵的元素 。 它的价格约为每吨28,500美元 ， 比镍、锰和铝的总和还贵 ， 并且占大多数锂离子电池正极的10％至30％ 。 曼西拉姆说：“钴是电池阴极中成本最高的成分 。 ”
在合成过程中 ， 研究人员能够确保各种金属的离子在阴极的晶体结构中保持均匀分布 。 Manthiram说 ， 当这些离子聚集成团时 ， 性能会下降 ， 并且这个问题困扰了之前的无钴高能电池的研发 。 而现在 ， 通过使离子均匀分布 ， 研究人员可以避免性能损失 。
Li Manthiram表示：“我们的目标是在保持性能和安全的同时 ， 使用大量廉价的金属来替代钴 ， 并且可以利用现有的工艺直接合成 。 ”Li Manthiram和前博士后研究员Evan Erickson与UT的技术商业化办公室合作 ， 成立了一家名为TexPower的初创公司 ， 将技术推向市场 。 研究人员已获得美国能源部的资助 ， 该部门正试图减少对关键电池材料进口的依赖 。
汽车工业已经在无钴的发展上跃跃欲试——最著名的是特斯拉（Tesla） 。 由于大型政府组织和私人公司致力于减少对钴的依赖 ， 因此这种追求变得具有竞争力也就不足为奇了 。 曼西拉姆说：“我们在不牺牲循环寿命的情况下提高了能量密度并降低了成本 。 ”“这意味着电动汽车的行驶距离更长 ， 笔记本电脑和手机的电池寿命更长 。 ”


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