外媒报道,一组研究人员试图通过证明铁可以代替钴和镍用作锂离子电池的阴极材料来引发一场绿色电池革命。
俄勒冈州立大学联合首席研究员 Xiulei 'David' Ji 在一份媒体声明中表示:“我们改变了*便宜的金属商品铁金属的反应性。我们的电极可以提供比电动汽车中*先进的阴极材料更高的能量密度。而且由于我们使用铁,其成本可能不到每公斤一美元——只是镍和钴的一小部分,而镍和钴在目前的高能锂离子电池中是必不可少的——我们的电池成本可能会低得多。”
目前,阴极占锂离子电池制造成本的 50%。除了经济性之外,铁基阴极还能提高安全性和可持续性。
随着越来越多的锂离子电池被生产用于电动交通运输领域,全球对镍和钴的需求飙升。 吉指出,预计在未来几十年内,镍和钴的短缺将阻碍目前的电池生产。
此外,这些元素的能量密度已经达到了上限,如果进一步提高,充电过程中释放的氧气可能会导致电池起火,而且钴是有毒的,这意味着如果它从垃圾填埋场渗出,可能会污染生态系统和水源。
吉说,综合所有这些,就很容易理解全球对新型、更可持续的电池化学技术的追求。
工作原理
电池由两个电极组成——阳极和阴极,通常由不同的材料制成——以及隔膜和电解质,电解质是一种允许电荷流动的化学介质。在电池放电过程中,电子从阳极流入外部电路,然后在阴极处收集。
正如其名称所示,在锂离子电池中,电荷通过锂离子传输,在放电过程中,锂离子会通过电解质从阳极移动到阴极,充电过程中再返回。
“我们的铁基阴极不会受到资源短缺的限制,”吉说,他解释说,铁除了是地球上质量*常见的元素外,还是地壳中第四丰富的元素。“直到太阳变成红巨星,我们的铁都不会耗尽。”
季教授与来自多所大学和国家实验室的合作者设计了一种基于氟和磷酸根阴离子(带负电荷的离子)混合物的化学环境,提高了阴极中铁的反应性。
该混合物充分混合成固体溶液,可实现铁粉、氟化锂和磷酸锂的细混合物转化为铁盐的可逆转化——这意味着电池可以充电。
“我们已经证明,采用阴离子设计的材料可以突破电池能量密度的上限,使电池更具可持续性,成本更低,”Ji 说道。“我们不会将一些更昂贵的盐与铁结合使用,而只是使用电池行业一直在使用的盐和铁粉。要将这种新的阴极投入使用,无需改变其他任何东西,无需新的阳极、新的生产线、新的电池设计。我们只是更换了一样东西,即阴极。”
然而,存储效率仍需改进。目前,充电时输入电池的电量并非全部都可以在放电时使用。改进后,电池的性能将比目前使用的电池好得多,成本更低,更环保。
“如果有资金投入这项技术,它很快就会实现商业化,”Ji 说道。“我们需要行业内的远见卓识者将资源投入到这一新兴领域。世界可以拥有一个基于一种与钴和镍相比几乎免费的金属的阴极行业。虽然你必须努力回收钴和镍,但你甚至不必回收铁——如果你放任不管,它只会变成铁锈。”
本站部分文章系转载,不代表中国硬质合金商务网的观点。中国硬质合金商务网对其文字、图片与其他内容的真实性、及时性、完整性和准确性以及其权利属性均不作任何保证和承诺,请读者和相关方自行核实。据此投资,风险自担。如稿件版权单位或个人不愿在本网发布,请在两周内来电或来函与本网联系。