世界不思議

研究團隊用鎳取代傳統鋰電池中的鈷元素 兼顧成本與環保效益


作為一種相對稀有且貴重的重金屬,鈷在當今鋰電池中起著至關重要的作用。然而德克薩斯大學奧斯汀分校的科學家們,已經想到了一種完全未用到鈷元素、但性能又媲美傳統鋰電池的新型電極。除了節省製造成本,還對從事採礦工作的人員和環境保護都具有重要的意義。

據悉,鈷在整個充放電周期中具有出色的導電與耐久性。自問世以來,它一直是鋰電極的關鍵材料。

然而採礦行業對環境和工人健康的負面影響(接觸危險劑量的有毒金屬和自然景觀 / 水源的退化),已於近年遭到越來越多的抨擊。

有鑒於此,許多研究團隊開始將目光瞄向更低成本、或具有更高的環保效益的替代電極材料上。其中包括 IBM 研發的一種實驗性電池,其特點是使用了從海水中提取的材料。

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不過德克薩斯大學奧斯汀分校的研究團隊,正在開發另一種完全不含鈷的新型電極結構。

通常情況下,廠商會使用包括鈷、鎳、鋁在內的金屬離子混合物來製造電極。其中最貴的莫過於鈷,甚至可占到整體成本的一半左右。

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研究作者 Arumugam Manthiram 指出:「鈷是電池電極中含量最少、但又最昂貴的成分。好消息是,我們正在完全消除對它的依賴」。

通過調整配方,換用含鎳 89%、其餘部分由錳、鋁補上的新型電極材料,研究團隊已能夠實現這一目標。

其中的關鍵,在於讓不同金屬的離子在合成過程中均勻分布在整個陰極上,以克服其它設計的主要缺點 —— 因為離子會在特定位置聚集,從而降低電池的性能。

新型電池結構具有其它一些優勢,比如較高的鎳含量可存儲更多的能量,意味著電動車裡程、或移動設備續航的進一步增長。

Arumugam Manthiram 表示:「在不犧牲循環使用壽命的情況下,我們還提升了電池的能量密度和降低了成本」。

最後,為將這項技術推向市場,研究團隊還成立了一家初創企業。有關這項研究的詳情,已經發表在近日出版的《先進材料》(Advanced Materials)期刊上。

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