2021-03-26
 
研究钴在可充电电池中的作用,以开发更有效的无钴阴极
2021年03月26日   阅读量:2796

目前,全球许多汽车公司都在投资开发电动汽车,这可能有助于减少温室气体排放。电动汽车需要具有高性能,耐用性和能源效率的大型可充电电池。


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近年来,电动汽车的发展由于可充电电池成本的上涨而受到阻碍和减缓中国机器人网vrovro.com。这种高成本的主要原因是,钴(Co)是可再充电电池中大多数阴极的主要成分,已经变得越来越难以获得,并且需求也越来越大。


为了避免这个问题并确保有足够的可充电电池为新的电动汽车和其他技术提供动力,工程师和化学家一直在尝试寻找可以替代普通阴极中Co替代可充电电池的替代材料。为了有效地替代Co,这些材料应达到类似的性能,但价格更便宜或更容易获得。


中国阿贡国家实验室和北京大学深圳研究生院的研究人员最近进行了一项研究,旨在更好地了解Co在可充电电池中的作用,从而为新型无Co阴极的设计提供依据。他们发表在《自然能源》上的论文指出了使钴对于实现高性能可充电电池具有优势的某些过程和特性。


研究人员在论文中写道:“我们研究了Co在专门设计的系统中的作用,该系统包括富Co和Mn取代的无Co阴极。”


迄今为止提出的许多无钴阴极都富含锂(Li)或镁(Mg)。尽管已经发现这些阴极中的某些阴极对于取代钴基阴极是相当有前途的,但是它们的容量和操作稳定性通常不适合大规模的商业用途。结果,大多数探索无钴替代品的研究都集中在层状氧化物阴极上,例如富镍(Ni)的层状氧化物阴极。


富镍层状氧化物阴极通常表现出高容量和能量密度。尽管如此,一些研究人员发现用镍直接代替Co是不可行的,因为这会导致电池性能和热稳定性的显着降低。


在他们的论文中,Tongchao Liu和他在阿贡国家实验室和北京大学的同事试图更好地理解Co在可充电电池的阴极中起如此重要作用的原因。他们的希望是,这将有助于他们识别出具有类似性能的替代富镍成分,并设计出更好的可充电电池无钴阴极。


研究人员使用最先进的方法来识别Co的固有性质,并将其过程与富镍和无Co阴极中发生的过程进行比较。过去的研究表明,阴极中大量的镍可能会导致电池的容量衰减更快。然而,刘和他的同事们收集的发现表明,在高电势下,钴实际上比镍更具破坏性。


研究人员在论文中解释说:“我们的结果证实了钴在快速产能和/或结构退化中起着不可否认的作用,并且发现在高电势下,钴比镍更具破坏性,这为钴的还原提供了意想不到但令人鼓舞的前景。” “此外,锰取代有效地减轻了钴的破坏作用,并具有很高的潜在功能性。”


这组研究人员收集的结果提供了一些有价值的见解,可以为可充电电池性能更好,更稳定和更具成本效益的阴极的设计和实现提供参考。总的来说,研究小组确定了一系列的形态和结构降解机制,可以解释为什么富含钴的阴极的容量会随着时间快速衰减。


基于这些发现,Liu和他的同事已经开始实现一系列取得了令人鼓舞性能的无钴阴极。将来,这些阴极可集成在可充电电池中,然后可商业化并广泛使用。


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