2022年9月22日综述了由米拉·佩雷拉
科学家们加州大学欧文分校和四个国家实验室制定的方法来创建没有添加钴锂离子电池阴极,钴是饱受价格不稳定和地缘政治障碍。
与四个美国国家实验室的研究人员合作,Huolin鑫,UCI的物理学及天文学教授,已经发现了一种制造锂离子电池不使用钴、不人道条件下提取的一种罕见的、昂贵的矿物在非洲中部。图片来源:史蒂夫Zylius / UCI
研究人员解释,他们超过了化学、机械和热阴极的可变性很大程度上由镍-钴的典型替代包括许多其他金属元素。该研究发表在自然。
通过一种技术,我们称之为“熵值兴奋剂,我们能够成功地制造无钴层状阴极与极高的耐热性和稳定性在反复充放电周期。这一成就解决长期存在的安全稳定问题在高镍电池材料,为广泛的商业应用铺平了道路。亚博网站下载
Huolin鑫,研究相应的作家和教授,加州大学欧文分校物理学和天文学
根据这篇文章的作者、钴是一个重要的供应链风险阻碍广泛采用电动卡车,汽车,和其他电子产品需要电池。
矿物、化学相配的稳定锂离子电池阴极,几乎完全蕴藏在刚果民主共和国残酷虐待的情况下。
电动汽车制造商急于减少钴的电池组的使用不仅降低成本来对抗童工实践用于矿产。研究还表明,钴会导致氧气释放在高电压,导致损害的锂离子电池。所有这一切都指向一个替代的必要性。
Huolin鑫,研究相应的作家和教授,加州大学欧文分校物理学和天文学
镍阴极有自己的问题,然而,如耐热性低,这会导致热失控、电池材料的氧化,甚至爆炸。亚博网站下载
而高镍阴极可以处理更大的能力,体积应变与复发性扩张和收缩会导致稳定性差和安全问题。
科学家们旨在调查这些问题通过构图多方面的熵值使用HE-LMNO掺杂,过渡金属,如钼、钛、锰、镁、和铌的内部结构,这些矿物质的子集应用表面和界面与其他电池成分。
鑫和他的同事们使用各种透射电子显微镜、同步x射线衍射,3 d nanotomography仪器建立他们的zero-cobalt阴极显示一个无与伦比的体积变化的零在反复使用。稳定结构能承受高温和超过1000个周期,与阴极拥有镍量要低得多。
这些研究工具,鑫和科学家在国家同步光源II (NSLS-II),位于美国能源部布鲁克海文国家实验室在纽约。
能源部科学办公室用户设备,NSLS-I亚博老虎机网登录I让团队使用三个28科学仪器——被称为beamlines探索新的阴极的内部结构。
不同方法的组合在NSLS II beamlines使氧气空位捕获效应的发现和缺陷在材料内部,有效地阻止了裂纹形成的HE-LMNO次级粒子,使这种结构非常稳定在骑自行车。
研究的合著者和科学家,NSLS-II茗源通用电气
”使用这些先进的工具,我们可以观察到显著增加阴极的热稳定性和zero-volumetric-change特征,和我们已经能够证明异常改善能力保留和循环寿命。本研究可以为高能量替代现有电池的发展”,新补充道。
他说,这项研究是一个刺激的双重目标实现清洁运输和能源存储的蔓延,同时解决环境正义问题周围的开采矿产资源用于生产电池。
这项研究是由美国能源部的能源效率和可再生能源。
这项研究还涉及美国的太平洋西北国家实验室的科学家们,伊利诺斯州的阿贡国家实验室,加州SLAC国家加速器实验室。
期刊引用
张,R。等。(2022)构图复杂掺杂zero-strain zero-cobalt分层阴极。自然。doi.org/10.1038/s41586 - 022 - 05115 - z。
来源:https://news.uci.edu