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ORNL开发新型无钴正极 有望提高锂离子电池能量密度

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58京牌 ,美国橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)的研究人员开发了全新系列正极,有望取代目前锂离子电池中常用的昂贵钴正极,为和消费电子产品提供动力。

(图片来源:ORNL)

新型正极名为NFA(镍、铁和铝基正极)。这种材料是镍酸锂的衍生物,可用于制造锂离子电池的正极,并具有充电速度快、能量密度高、成本低和寿命长等优势。

在全球范围内,随着产量提升,对锂离子电池的需求也逐渐增加。本项研究负责人Ilias Belharouak表示,到2030年,预计将有超过1亿辆电动汽车上路。作为目前常用的正极材料,在锂离子电池成本中,钴占有较大比例。钴是一种稀有资源,而且大部分在海外开采,使正极生产受到一定限制。因此,寻找有效的钴替代材料,成为开发锂离子电池的重点。

研究人员测试了NFA系列正极的性能,确定它们有潜力成为钴基正极的替代品。通过中子衍射、穆斯鲍尔光谱和其他先进的表征技术,探讨NFA的原子和微观结构,以及电化学性质。Belharouak表示:“通过研究NFA的充放电行为,我们发现,这些正极经历的电化学反应与钴基正极类似,同时能够提供足够高的比容量,以满足电池的能量密度要求。”

目前,对NFA系列正极的研究还处于早期阶段,但Belharouak表示,初步结果表明,下一代锂离子电池可能不需要使用钴。“我们正在开发一种正极,它具有与钴基正极相似或更好的电化学特性,同时原材料成本更低。”而且,这种工艺可以整合至现有正极制造工艺中。“长期以来,人们一直将镍酸锂视为制造正极的首选材料,但它存在结构和电化学不稳定等缺点。在本项研究中,我们用铁和铝取代部分镍,以增强正极稳定性。铁和铝是性价比较高的可持续性环保材料。”

在未来对NFA系列正极的研发中,研究人员将在大尺寸电芯中测试这种材料,以验证所得到的实验室数据,并进一步探讨其在电动汽车中的适用性。

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