橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的研究人員開發(fā)了一種新的陰極系列，有潛力取代目前為電動(dòng)汽車和消費(fèi)電子產(chǎn)品供電的鋰離子電池中常見的且價(jià)格昂貴的鈷基陰極。

稱為NFA的新類別代表鎳，鐵和鋁基陰極，是鎳酸鋰的衍生物，可用于制造鋰離子電池的正極。這些新穎的陰極被設(shè)計(jì)為快速充電，能量密集，具有成本效益并且持續(xù)時(shí)間更長。

隨著全球便攜式電子產(chǎn)品和電動(dòng)汽車產(chǎn)量的增長，對(duì)鋰離子電池的需求量很大。據(jù)ORNL領(lǐng)導(dǎo)NFA研究與開發(fā)的科學(xué)家IliasBelharouak稱，到2030年，預(yù)計(jì)將有超過1億輛電動(dòng)汽車在路上。鈷是目前陰極所需的一種金屬，占鋰離子的重要部分。

鈷很少見，而且主要在海外開采，因此很難獲得和生產(chǎn)陰極。所以，尋找可以有效降低成本的鈷替代材料已經(jīng)成為鋰離子電池研究的重點(diǎn)。

ORNL的科學(xué)家測(cè)試了NFA類陰極的性能，并確定它們是鈷基陰極的有希望的替代品，如AdvancedMaterials和JournalofPowerSources中所述。研究人員使用中子衍射，莫斯鮑爾光譜學(xué)和其他先進(jìn)的表征技術(shù)來研究NFA的原子和微觀結(jié)構(gòu)以及電化學(xué)性能。

Belharouak說：“我們對(duì)NFA的充電和放電行為的研究表明，這些陰極與鈷基陰極發(fā)生相似的電化學(xué)反應(yīng)，并提供足夠高的比容量以滿足電池能量密度的要求?！?/p>

盡管有關(guān)NFA類的研究仍處于早期階段，但Belharouak表示，他的團(tuán)隊(duì)迄今為止的初步結(jié)果表明，下一代鋰離子電池可能不需要鈷。

他說：“我們正在開發(fā)一種具有比鈷基陰極相似或更好的電化學(xué)特性的陰極，同時(shí)利用低成本的原材料?！?/p>

Belharouak補(bǔ)充說，不僅NFA的性能和鈷基陰極一樣好，而且NFA陰極的制造工藝可以集成到現(xiàn)有的全球陰極制造工藝中。

他說：“長期以來，人們一直在研究鎳酸鋰作為制造正極材料的選擇，但鎳酸鋰具有固有的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)不穩(wěn)定性?！薄霸谖覀兊难芯恐校覀冇描F和鋁替代了一些鎳，以增強(qiáng)陰極的穩(wěn)定性。鐵和鋁是經(jīng)濟(jì)高效，可持續(xù)和環(huán)保的材料?！?/p>

NFA類的未來研究和開發(fā)將包括在大幅面電池中測(cè)試材料，以驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的結(jié)果，并進(jìn)一步探索這些陰極在電動(dòng)汽車中的適用性。

該期刊文章的其他研究人員包括NitinMuralidharan，RachidEssehli，RaphaelHermann，RuhulAmin，CharlJafta，JunjeZhang，LiuLiu，ZhijiaDu，HarryMeyer，EthanSelf，JagjitNanda和YaocaiBai。這項(xiàng)工作是由美國能源部能源效率和可再生能源汽車技術(shù)辦公室贊助的。

ORNL由UT-Battelle負(fù)責(zé)美國能源部科學(xué)辦公室的管理，這是美國物理科學(xué)基礎(chǔ)研究的最大支持者。美國能源部科學(xué)辦公室正在努力應(yīng)對(duì)當(dāng)今時(shí)代最緊迫的挑戰(zhàn)。