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中美研究人员讨论钴在电池中的作用 以开发更有效的无钴正极

目前,世界各地的许多汽车公司都在投资开发电动汽车,这将有助于减少温室气体排放。电动汽车需要使用性能高、耐用、能效高的大型充电电池。然而,近年来,由于原材料的短缺,特别是作为主要正极成分的钴(Co)的短缺,电池的成本一直在上升。工程师和化学家一直在寻找替代材料来代替可充电电池普通正极中的钴。为了有效替代钴,这些材料应该具有相似的性能,但成本较低或更容易获得。

(资料来源:库尔德工人党)

据国外媒体报道,美国阿贡国家实验室和中国北京大学深圳研究生院的研究人员进行了一项研究,以更好地了解钴在可充电电池中的作用,并为设计新的无钴正极提供信息。

研究人员说:“我们讨论了钴在专门设计的系统中的作用,例如用锰代替的富钴正极和无钴正极。”

目前,许多无钴阳极含有大量的锂或镁,其中一些有望取代钴基阳极,但由于容量和稳定性不足,往往不适合大规模商业应用。因此,对无钴替代材料的研究大多集中在层状氧化物阳极上,如富镍层状氧化物阳极。一般富镍层状氧化物阳极容量大,能量密度高。然而,已经证明用镍直接代替钴是不可行的,因为这将导致电池的性能和热稳定性显著下降。在这项研究中,研究人员希望深入了解为什么钴可以在电池正极中发挥如此重要的作用。在此基础上,可以找到性能相近的富镍替代组分,为可充电电池设计出更好的无钴正极。

研究人员已经通过最先进的方法确定了钴的固有特性,并将相关过程与富镍无钴正极中的过程进行了比较。以前的研究表明,正极含有大量镍,可能会导致电池容量衰减更快。然而,这项研究发现,在高电压下,钴实际上比镍更具破坏性。研究人员说:“我们的研究结果表明,钴在快速容量和/或结构退化中起着不可否认的作用,在高电压下,钴比镍更具破坏性。”此外,用锰代替钴可以有效降低破坏效应,获得更好的高压性能。

总的来说,研究小组发现了一系列的形态和结构降解机制,这可以解释为什么富钴正极的容量会随着时间的推移而迅速下降。该研究对设计高性能、低成本的无钴电池具有重要的指导意义。在这些发现的基础上,研究人员提出了一系列无钴阴极材料,并验证了这些材料具有良好的性能,有望在未来应用于可充电电池,并大规模投入商业使用。