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美國大學研發(fā)無鈷高能量鋰電池 可大幅降低電池成本

鉅大LARGE  |  點擊量:556次  |  2022年06月29日  

由于鈷成本高,在開采中還涉及各種人權問題,幾十年來,研究人員都一直在尋找方法,以從高能量電池中去除鈷。不過,過去的一些嘗試都沒有讓無鈷電池達到有鈷電池的性能標準。


(:德克薩斯大學奧斯汀分校)


據外媒報道,美國德克薩斯大學奧斯汀分校科克雷爾工程學院(theCockrellSchoolofEngineeringatTheUniversityofTexasatAustin)的研究人員卻表示,他們已經破解了無鈷高能量鋰電池的密碼,既去除了鈷,還能夠降低電池生產成本,同時還提升了電池某些方面的性能。該研究小組研發(fā)了一種新型陰極,即通常含鈷的電極,其被含鎳量高的成分固定住。該款陰極含有89%的鎳,其他關鍵成分則是錳和鋁。


電池中含鎳越多,表明其越能多存儲能量。新增了能量密度就可以延長手機電池的壽命或是電動汽車的續(xù)航里程。


一般而言,電池能量密度新增會導致電池其他方面性能下降,例如循環(huán)壽命會更短,即電池在失效和不能再被充滿電之前,可以充放電的次數。去除鈷通常會減慢電池的動力學反應,導致其充放電速率低,即陰極充放電速度。不過,研究人員表示,已經通過找到一種最優(yōu)的金屬組合,以確保離子均勻分布,克服了無鈷電池循環(huán)壽命短以及充放電速率低的問題。

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大多數鋰電池的陰極采用金屬離子組合,如鎳錳鈷(NMC)或鎳鈷鋁(NCA)。陰極成本大約占整個電池材料成本的一半,鈷則是最昂貴的成分,價格約為每噸28,500美元,比鎳、錳和鋁加起來還要貴,而且在大多數鋰電池陰極中的成分占10%至30%。


研究人員表示:"在電池陰極中,鈷是儲量最少、成本最高的成分。我們正從電池中徹底去除它。"


可以從原子角度觀察到研究人員取得了突破。在合成過程中,他們能夠確保各種金屬的離子可以在陰極的晶體結構中均勻分布。研究人員表示,當此類離子聚集在一起時,電池的性能就會下降,而這一問題一直困擾著此前研發(fā)的無鈷、高能量電池。通過確保此類離子均勻分布,研究人員能夠防止電池的性能損失。


研究人員表示:"我們的目標是在保證電池性能和安全性的同時,只使用儲量豐富且價格低廉的金屬來替代鈷,并采用可立即進行擴展的工業(yè)合成工藝。"


幾位研究人員和德克薩斯大學技術商業(yè)化辦公室(UT’sOfficeofTechnologyCommercialization)合作,成立了一家名為TexPower的初創(chuàng)公司,旨在將該技術推向市場。此外,這些研究人員還從美國能源部獲得資助,而能源部也一直在尋求減少對關鍵電池材料的進口依賴。

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業(yè)內已經開始大力推廣無鈷電池,最引人注目的就是TSLA試圖去除其汽車電池中的鈷材料。隨著大型政府機構和私營公司都致力于減少對鈷的依賴,這一領域的競爭也日趨激烈。研究人員表示,他們通過創(chuàng)新,正確組合材料,精確控制材料的分布,解決了阻礙無鈷、高能量電池研發(fā)的問題。(來源:蓋世汽車/作者:余秋云)

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