幾十年來(lái)，研究人員一直在尋找從為電子設(shè)備供電的高能電池中消除鈷的方法，這是由于其高昂的成本以及采礦過(guò)程中對(duì)人權(quán)的影響。但是過(guò)去的嘗試還沒(méi)有達(dá)到鈷電池的性能標(biāo)準(zhǔn)。

德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的考克雷爾工程學(xué)院的研究人員表示，他們已經(jīng)將密碼破解為無(wú)鈷高能鋰離子電池，消除了鈷，為降低電池生產(chǎn)成本同時(shí)提高成本打開(kāi)了大門(mén)在某些方面的表現(xiàn)。研究小組報(bào)告了一種新型的陰極，即所有鈷通常存在的電池中的電極，其鎳含量很高。他們研究的陰極是89%的鎳。錳和鋁是其他關(guān)鍵元素。

電池中更多的鎳意味著它可以存儲(chǔ)更多的能量。增加的能量密度可以導(dǎo)致手機(jī)的電池壽命更長(zhǎng)，或者每次充電后電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航時(shí)間更長(zhǎng)。

這一發(fā)現(xiàn)發(fā)表在本月的《先進(jìn)材料》雜志上。該論文由沃克機(jī)械工程系教授，德克薩斯材料研究所所長(zhǎng)Arumugam Manthiram撰寫(xiě)。學(xué)生史蒂芬·李(Steven Lee)和博士 畢業(yè)于王大利。

通常，增加的能量密度會(huì)導(dǎo)致權(quán)衡取舍，例如較短的循環(huán)壽命-電池在失去效率且無(wú)法再完全充電之前可以充電和放電的次數(shù)。消除鈷通常會(huì)減慢電池的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)并導(dǎo)致速率降低(可對(duì)陰極充電或放電的速度有多快)。但是，研究人員說(shuō)，他們已經(jīng)通過(guò)找到金屬的最佳組合并確保其離子的均勻分布，克服了循環(huán)壽命短和倍率能力差的問(wèn)題。

鋰離子電池的大多數(shù)陰極都使用金屬離子的組合，例如鎳錳鈷(NMC)或鎳鈷鋁(NCA)。陰極大約占整個(gè)電池材料成本的一半，而鈷是最昂貴的元素。它的價(jià)格約為每噸28,500美元，比鎳，錳和鋁的總和還貴，并且占大多數(shù)鋰離子電池正極的10%至30%。

曼西拉姆說(shuō)：“鈷是電池陰極中含量最少，最昂貴的成分。” “而且我們正在完全消除它。”

研究人員取得突破的關(guān)鍵可以在原子層次上找到。在合成過(guò)程中，他們能夠確保各種金屬離子在陰極的晶體結(jié)構(gòu)中保持均勻分布。Manthiram說(shuō)，當(dāng)這些離子聚集成團(tuán)時(shí)，性能會(huì)下降，并且這個(gè)問(wèn)題困擾了以前的無(wú)鈷高能電池。通過(guò)使離子均勻分布，研究人員可以避免性能損失。

李說(shuō)：“我們的目標(biāo)是在保持性能和安全性的同時(shí)，僅使用大量廉價(jià)的金屬來(lái)替代鈷，并利用可立即擴(kuò)展的工業(yè)合成工藝。”

Li Manthiram和前博士后研究員Evan Erickson與UT的技術(shù)商業(yè)化辦公室合作，成立了一家名為T(mén)exPower的初創(chuàng)公司，將技術(shù)推向市場(chǎng)。研究人員已獲得美國(guó)能源部的資助，該部試圖減少關(guān)鍵電池材料對(duì)進(jìn)口的依賴。

工業(yè)界已經(jīng)在無(wú)鈷的發(fā)展上躍躍欲試，最顯著的是特斯拉(Tesla)努力消除了為其電動(dòng)汽車(chē)供電的電池中的材料。由于大型政府組織和私人公司致力于減少對(duì)鈷的依賴，因此這種追求變得具有競(jìng)爭(zhēng)力也就不足為奇了。研究人員說(shuō)，他們通過(guò)正確選擇材料組合和精確控制其分布的方式，避免了其他阻礙無(wú)鈷高能電池嘗試的問(wèn)題。

曼西拉姆說(shuō)：“我們?cè)诓粻奚h(huán)壽命的情況下提高了能量密度并降低了成本。” “這意味著電動(dòng)汽車(chē)的行駛距離更長(zhǎng)，筆記本電腦和手機(jī)的電池壽命更長(zhǎng)。”