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中美研究人員探討鈷在電池中起到的作用 以開發(fā)更有效的無鈷正極

時間:2021-03-27 15:38來源:蓋世汽車 作者:Elisha
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(圖片來源:pkusz)
 
       目前,全球許多汽車公司都在投資開發(fā)電動汽車,這將有助于減少溫室氣體排放。電動汽車需要使用具有高性能、耐用性和能效的大型可充電電池。然而,近年來由于原材料供不應(yīng)求,尤其是作為主要正極成分的鈷(Co),電池成本不斷上漲。工程師和化學(xué)家一直在尋找替代材料,以取代普通正極中的鈷,用于可充電電池。為了有效替代鈷,這些材料應(yīng)具有類似性能,但成本更低或更易獲得。
 
       據(jù)外媒報道,美國阿貢國家實驗室(Argonne National Laboratory)和中國北京大學(xué)深圳研究生院的研究人員進(jìn)行了一項研究,以更好地了解鈷在可充電電池中所起的作用,為設(shè)計新的無鈷正極提供信息。
 
       研究人員表示:“我們探討鈷在專門設(shè)計的系統(tǒng)中起到的作用,如富鈷正極和用錳替代的無鈷正極。”
 
       目前提出的許多無鈷正極中都含有大量鋰或鎂,其中一些很有希望取代鈷基正極,但因容量和穩(wěn)定性不足,往往不適合大規(guī)模投入商用。因此,大多數(shù)探索無鈷替代材料的研究都集中在層狀氧化物正極上,例如富鎳層狀氧化物正極。通常情況下,富鎳層狀氧化物正極具有高容量和高能量密度。但是,直接用鎳取代鈷已證實不可行,因為這會導(dǎo)致電池的性能和熱穩(wěn)定性大幅下降。在本次研究中,研究人員希望深入了解,為什么鈷能在電池正極中發(fā)揮如此重要的作用。并在此基礎(chǔ)上,找到可以實現(xiàn)類似性能的可替代性富鎳成分,為可充電電池設(shè)計更好的無鈷正極。
 
       研究人員通過最先進(jìn)的方法來識別鈷的內(nèi)在屬性,并將相關(guān)過程與富鎳無鈷正極中發(fā)生的過程進(jìn)行比較。以往研究表明,正極中含有大量鎳,可能導(dǎo)致電池容量衰減得更快。然而,本次研究發(fā)現(xiàn),在高電壓下,鈷實際上比鎳更具破壞性。研究人員表示:“我們的研究結(jié)果顯示,鈷在快速容量和/或結(jié)構(gòu)退化方面起到了不可否認(rèn)的作用,并且鈷在高電壓下比鎳更具破壞性。”此外,用錳替代鈷,可以有效減輕破壞性影響,并實現(xiàn)更好的高電壓性能。
 
       總體而言,該團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)一系列形態(tài)和結(jié)構(gòu)降解機(jī)制,可以解釋為什么富鈷正極的容量隨著時間推移迅速衰減。這項研究對于設(shè)計高性能、低成本的無鈷電池具有重要的指導(dǎo)意義。在這些發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上,研究人員提出一系列無鈷正極材料,并驗證這些材料具有良好的性能,將來有望應(yīng)用于可充電電池,并大規(guī)模投入商用。
 
(責(zé)任編輯:子蕊)
文章標(biāo)簽: 電池 無鈷正極
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