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用有机材料取代钴金属,麻省理工新锂电池可快充还更安全

2024年2月21日0:08 未解之谜网

目前的锂离子电池都含有钴金属,稳定性与能量密度表现都相当不错,然而它也是种昂贵且会带来庞大环境和社会成本的稀有金属。现在美国麻省理工则成功找到新替代材料,研发新的电池正极,透过“有机材料”为锂离子电池开辟更永续的新道路。

麻省理工研究人员设计的新型锂离子电池正极,没有常见的镍与钴,以有机材料为基底,因此制造成本更低,导电速率也跟含有钴的电池相当。研究人员指出,新电池还具有与钴电池相当的储电容量,充电速度还更快。

电极主要材料为醌和胺前体,都是已经商业化且大量生产的商业化学品。因此研究人员预计,有机电池的材料成本大概只有含钴锂离子电池的三分之一到二分之一。

由于钴金属矿床都位于政治相对不稳定的国家,钴提取也伴恶劣工作环境、有毒废弃物。过去科学家们也不断寻找替代材料,好比磷酸铁锂(LFP)电池,但其能量密度只有含钴电池和镍电池的一半;有机材料的导电度、储电容量和寿命也无法跟含钴电池相媲美,若用聚合物等黏着剂混合来提高导电性,也会降低电池的储电容量。

不过团队用有机小分子 TAQ(双四氨基苯醌)组成的电池正极,层层叠叠可以形成类似石墨的结构,分子内也有醌化学基团(电子库)和胺,有助于材料形成强氢键。

团队指出,这样一来也可以防止有机材料溶解到电池电解质中,避免电池短路,进而延长电池寿命。麻省理工 W.M. Keck 能源教授 Mircea Dincă 表示,新电池充放电周期可达 2,000 多次。

为了稳定有机材料并提高导电,研究人员也添加纤维素和橡胶等填充材料,占整体复合材料不到十分之一,影响电池的储电容量,且填料还可以防止电池充电时锂离子流入正极时破裂,提高电池寿命。

目前蓝宝坚尼 Lamborghini 也获得麻省理工 TAQ 有机电池技术授权,预期将用于新款电动车产品设计。

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