外媒報(bào)道，一組研究人員試圖通過(guò)證明鐵可以代替鈷和鎳用作鋰離子電池的陰極材料來(lái)引發(fā)一場(chǎng)綠色電池革命。
俄勒岡州立大學(xué)聯(lián)合首席研究員 Xiulei 'David' Ji 在一份媒體聲明中表示：“我們改變了*便宜的金屬商品鐵金屬的反應(yīng)性。我們的電極可以提供比電動(dòng)汽車中*先進(jìn)的陰極材料更高的能量密度。而且由于我們使用鐵，其成本可能不到每公斤一美元——只是鎳和鈷的一小部分，而鎳和鈷在目前的高能鋰離子電池中是必不可少的——我們的電池成本可能會(huì)低得多。”
目前，陰極占鋰離子電池制造成本的 50%。除了經(jīng)濟(jì)性之外，鐵基陰極還能提高安全性和可持續(xù)性。
隨著越來(lái)越多的鋰離子電池被生產(chǎn)用于電動(dòng)交通運(yùn)輸領(lǐng)域，全球?qū)︽嚭外挼男枨箫j升。 吉指出，預(yù)計(jì)在未來(lái)幾十年內(nèi)，鎳和鈷的短缺將阻礙目前的電池生產(chǎn)。
此外，這些元素的能量密度已經(jīng)達(dá)到了上限，如果進(jìn)一步提高，充電過(guò)程中釋放的氧氣可能會(huì)導(dǎo)致電池起火，而且鈷是有毒的，這意味著如果它從垃圾填埋場(chǎng)滲出，可能會(huì)污染生態(tài)系統(tǒng)和水源。
吉說(shuō)，綜合所有這些，就很容易理解全球?qū)π滦�、更可持續(xù)的電池化學(xué)技術(shù)的追求。
工作原理
電池由兩個(gè)電極組成——陽(yáng)極和陰極，通常由不同的材料制成——以及隔膜和電解質(zhì)，電解質(zhì)是一種允許電荷流動(dòng)的化學(xué)介質(zhì)。在電池放電過(guò)程中，電子從陽(yáng)極流入外部電路，然后在陰極處收集。
正如其名稱所示，在鋰離子電池中，電荷通過(guò)鋰離子傳輸，在放電過(guò)程中，鋰離子會(huì)通過(guò)電解質(zhì)從陽(yáng)極移動(dòng)到陰極，充電過(guò)程中再返回。
“我們的鐵基陰極不會(huì)受到資源短缺的限制，”吉說(shuō)，他解釋說(shuō)，鐵除了是地球上質(zhì)量*常見(jiàn)的元素外，還是地殼中第四豐富的元素�！爸钡教�(yáng)變成紅巨星，我們的鐵都不會(huì)耗盡�！�
季教授與來(lái)自多所大學(xué)和國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的合作者設(shè)計(jì)了一種基于氟和磷酸根陰離子（帶負(fù)電荷的離子）混合物的化學(xué)環(huán)境，提高了陰極中鐵的反應(yīng)性。
該混合物充分混合成固體溶液，可實(shí)現(xiàn)鐵粉、氟化鋰和磷酸鋰的細(xì)混合物轉(zhuǎn)化為鐵鹽的可逆轉(zhuǎn)化——這意味著電池可以充電。
“我們已經(jīng)證明，采用陰離子設(shè)計(jì)的材料可以突破電池能量密度的上限，使電池更具可持續(xù)性，成本更低，”Ji 說(shuō)道�！拔覀儾粫�(huì)將一些更昂貴的鹽與鐵結(jié)合使用，而只是使用電池行業(yè)一直在使用的鹽和鐵粉。要將這種新的陰極投入使用，無(wú)需改變其他任何東西，無(wú)需新的陽(yáng)極、新的生產(chǎn)線、新的電池設(shè)計(jì)。我們只是更換了一樣?xùn)|西，即陰極。”
然而，存儲(chǔ)效率仍需改進(jìn)。目前，充電時(shí)輸入電池的電量并非全部都可以在放電時(shí)使用。改進(jìn)后，電池的性能將比目前使用的電池好得多，成本更低，更環(huán)保。
“如果有資金投入這項(xiàng)技術(shù)，它很快就會(huì)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，”Ji 說(shuō)道�！拔覀冃枰袠I(yè)內(nèi)的遠(yuǎn)見(jiàn)卓識(shí)者將資源投入到這一新興領(lǐng)域。世界可以擁有一個(gè)基于一種與鈷和鎳相比幾乎免費(fèi)的金屬的陰極行業(yè)。雖然你必須努力回收鈷和鎳，但你甚至不必回收鐵——如果你放任不管，它只會(huì)變成鐵銹。”
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