【導讀】目前我們的手機、筆記本電腦和電動汽車的電池都有一個主要缺點：它們都依賴于鈷。鈷是一種很難找到的金屬，主要來自非洲的礦山，鈷的采集對于當地環境和礦工來說都存在著不少問題。
目前我們的手機、筆記本電腦和電動汽車的電池都有一個主要缺點：它們都依賴于鈷。鈷是一種很難找到的金屬，主要來自非洲的礦山，鈷的采集對于當地環境和礦工來說都存在著不少問題。
為了找到擺脫對鈷依賴的鋰離子電池的其他解決方案，美國阿貢國家實驗室的研究團隊開發了一種不含鈷且更加穩定的陰極材料，基于這項研究的論文發表在9月21日的《自然》雜志上。
作為電池成分，鈷具有熱穩定性，這意味著它即使被加熱到很高的溫度也能發揮作用，同時還具有結構穩定性。研究人員一直在尋找可以提供這些相同優點而又沒有鈷缺陷的不同材料。而這款新陰極則兼具有兩個優點：它不含鈷且十分穩定，這意味著它不會在反復充電和放電時發生結構故障，例如開裂。
新型無鈷鋰離子電池（圖片來源：Shutterstock/nevodka。）
該材料不使用鈷，而是富含鎳。這種陰極化學成分復雜，含有少量的各種其他金屬包括鉬、鈮和鈦等。
“你可以把建造陰極想象成用不同種類的磚塊蓋房子，”該論文的合著者、阿貢的物理學家Wenqian Xu“通過使用各種不同形狀和大小的磚塊，我們可以增強房屋的穩定性。多種元素有助于確保陰極顆粒的完整性。”
研究人員想研究新陰極的結構和熱穩定性，因為其他富鎳陰極通常耐熱性差，容易導致電池材料氧化和熱失控，在某些情況下可能導致爆炸。此外，盡管高鎳正極可以容納更大的容量，但反復膨脹和收縮導致的體積變化會導致穩定性差和安全問題。
為了測試新電池，研究人員將其循環了一千多次。他們發現，在這個過程中，正極材料經歷了不到0.5%的體積膨脹，這大約是之前富鎳陰極經歷的體積膨脹的十分之一。
為了測試這種稱為HE-LMNO的新型陰極材料的耐熱性，加州大學歐文分校團隊在APS(先進光子源)上使用光束線11-ID-C研究材料在高溫下會發生什么。與之前在高溫下表現出嚴重納米裂紋的高鎳陰極相反，HE-LMNO經歷了相變，使其能夠繼續發揮作用并保持容量。HE-LMNO中的HE代表高熵，這一特性是指合金中包含大量不同元素。
Wenqian Xu表示，這項研究可以為許多新電池陰極提供設計思路，有助于減少下一代鋰離子電池對鈷的依賴。“我們不僅找到了一種新電池，”他說“真的，通過在結構中混合不同的過渡金屬，我們可能會看到更多有趣的陰極候選物。可能會有一些比我們已經發現的更好的東西。”
（來源：綜合報道）
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