鋰基電池可用于為大多數(shù)現(xiàn)有的電動(dòng)汽車提供動(dòng)力，但是它們在需要充電之前可以保持汽車行駛的時(shí)間仍然受到一定限制。將來，高鎳層氧化物陰極材料將有助于增加電動(dòng)汽車的行駛里程，從而能夠開發(fā)出更便宜，性能更好的鋰離子電池。

目前，大多數(shù)可商購的鋰離子電池在其一個(gè)電極中使用了大量的鈷。然而，鈷是昂貴的并且本質(zhì)上不是特別豐富，這顯著增加了鋰基電池的制造成本。

世界各地的科學(xué)家最近一直在嘗試尋找新的設(shè)計(jì)策略，以促進(jìn)這些電池的廣泛使用，因?yàn)檫@反過來又可以降低電動(dòng)汽車的價(jià)格，并增加其大規(guī)模采用的可能性。最終可以通過確定可用于鋰基電池的更豐富的材料，提出新穎的成分，設(shè)計(jì)新的生產(chǎn)工藝并引入替代的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來最終實(shí)現(xiàn)。

在《自然能源》上發(fā)表的一篇論文中，德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的研究人員概述了高鎳層氧化物陰極的幾個(gè)設(shè)計(jì)考慮因素，這些陰極可在未來十年左右的時(shí)間內(nèi)應(yīng)用于鋰基電池。他們的研究總結(jié)了試圖最大程度地提高高鎳層氧化物陰極的能量輸出時(shí)通常遇到的一些挑戰(zhàn)，同時(shí)還比較了一些新的設(shè)計(jì)以創(chuàng)建具有零鈷化學(xué)性質(zhì)的鋰基電池。

進(jìn)行這項(xiàng)研究的研究人員之一Arumugam Manthiram告訴TechXplore：“隨著交通運(yùn)輸業(yè)電氣化的發(fā)展，鈷的可獲得性和可承受性可能會(huì)成為鋰離子電池廣泛商業(yè)化的障礙。” “因此，我們研究的關(guān)鍵目標(biāo)是減少或消除鋰離子電池電極中的鈷并增加鎳。”

在電極中使用鎳代替鈷的主要優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜且更容易找到。此外，與具有大量鈷的陰極相比，具有高鎳含量的電極可實(shí)現(xiàn)更高的電荷存儲(chǔ)容量，能量密度以及更長的電荷間操作時(shí)間。

然而，不幸的是，含有大量鎳的層狀氧化物陰極可能很難合成，同時(shí)仍保持良好的性能。在他們的研究中，Manthiram和他的同事們提出了一系列可以優(yōu)化這些當(dāng)前合成工藝的策略。

曼思拉姆說：“我們最有意義的成就是，我們能夠合成高鎳含量和低鈷含量的電極材料，并在鋰離子電池中具有良好的性能。” “但是，鎳含量高的電極材料在暴露于空氣中時(shí)很容易降解。目前，我們致力于穩(wěn)定它們，以在空氣中實(shí)現(xiàn)更好的穩(wěn)定性。”

Manthiram和他的同事進(jìn)行的研究概述了許多有價(jià)值的設(shè)計(jì)考慮因素，這些考慮因素很快將使使用高鎳層氧化物陰極的廉價(jià)，性能更好的鋰基電池的開發(fā)成為可能。研究人員還對穩(wěn)定技術(shù)進(jìn)行了總體評估，該技術(shù)可能會(huì)促進(jìn)鋰離子電池的廣泛使用，幫助世界各國實(shí)現(xiàn)其汽車電氣化目標(biāo)。

曼西拉姆說：“我們現(xiàn)在專注于進(jìn)一步優(yōu)化我們開發(fā)的電極材料的成分和穩(wěn)定性，以及擴(kuò)大其規(guī)模。”