《自然》发文称新技术可使锂电池脱离钴的桎梏

全球约有50%的钴用于锂电池行业,然而残酷的是,它们大多是由刚果人民(包括儿童)手工开采的。目前,由美国加州大学伯克利分校科学家领导的研究团队所开发的新技术或许可以使锂电池脱离钴的桎梏,并且可较传统材料提高五成的锂存储容量。资深作者、伯克利分校材料科学教授Gerbrand Ceder说:“我们的研究为电池技术打开了新的天地。现在,我们终于首次拥有了可用于电池中电子交换的廉价元素。”Ceder等的论文于4月12日在《自然》上发表,该研究的合作方还包括伯克利实验室和麻省理工学院等。

在锂基电池中,锂离子主要储存在具有层状结构的阴极中。钴对于保持层状结构极为重要。当电池充电时,锂离子会从阴极进入阳极,锂离子的转移会使阴极中出现大量空间,除钴以外的大多数金属离子会涌入该空间,造成阴离子的层状结构崩解。这就是钴对于锂电池工业的关键所在。2014年,Ceder实验室找到了一种可在保证高能量密度的前提下不再需要阴极层状结构的方法(无序岩盐)。该方法证实了,储量丰富的锰是替代钴的绝佳金属元素。Ceder等通过氟掺杂技术,在阴极中注入了大量锰。锰含量越高,阴极对锂离子的控制力越强,因而提高了电池容量。

其他研究团队也尝试过使用氟掺杂阴极技术,但未获成功。Ceder认为,无序结构是成功之匙。Ceder团队研制的无序锰阴极的性能参数为1000W·h/kg,远远超过常用锂离子电池阴极(500-700 W·h/kg)。论文主要作者、前Ceder实验室博士后Jinhyuk Lee认为,他们的成果是电池领域的巨大进步。

新的阴极技术是否有应用潜能(如笔记本、电动汽车)还需进行验证。但Ceder并不看重该技术是否能真正应用于电池制造,因为他认为,为研究人员打开阴极设计的新思路更为关键。

编译:雷鑫宇 责编:李雪