为锂离子电池开发的无钴阴极

科学家加利福尼亚大学尔湾，四个国家实验室已经制定了一种在不增加钴的情况下创建锂离子电池阴极的方法，因为钴的价格不稳定和地缘政治障碍困扰着钴。

UCI物理与天文学教授Huolin Xin与美国四个国家实验室的研究人员合作，已经找到了一种制造锂离子电池的方法，而无需使用Cobalt，这是一种在中非的不人道条件下提取的罕见，昂贵的矿物质。图片来源：Steve Zylius/UCI

研究人员解释了如何通过包括许多其他金属元素来超过阴极的化学，机械和热变异性（这是钴的典型替代品）。该研究发表在自然。

通过一种我们称为“高渗透掺杂”的技术，我们能够成功地制造出无钴的层状阴极，具有极高的热耐受性和稳定性，并在重复的电荷和放电周期上进行。这项成就解决了高尼克电池材料周围的长期安全和稳定性问题，为广泛的商业应用铺平了道路。欧洲杯足球竞彩

Huolin Xin，研究通讯作者兼加州大学尔湾分校物理与天文学教授

根据文章的作者，钴是一种巨大的供应链危害，阻碍了需要电池的电动卡车，汽车和其他电子产品的广泛采用。

在残酷和虐待的情况下，矿物质匹配的矿物质良好，可稳定锂离子电池阴极，几乎完全在刚果民主共和国开采。

电动汽车制造商渴望减少电池组中的钴，这不仅是为了降低成本，而且还可以抵消用于开采矿产的童工实践。研究还表明，钴会在高压下导致氧气释放，从而损坏锂离子电池。所有这些都表明需要替代方案。

Huolin Xin，研究通讯作者兼加州大学尔湾分校物理与天文学教授

然而，基于镍的阴极有自己的问题，例如低热耐受性，这可能导致热失控，电池材料的氧化，甚至爆炸。欧洲杯足球竞彩

尽管高尼克阴极可以处理较大的能力，但复发性扩张和收缩的体积应变会导致稳定性和安全性问题较差。

科学家旨在通过使用He-lmno组合多方面的高渗透掺杂来研究这些问题，这是结构内部的过渡金属（例如钼，钛，锰，镁，镁，镁，镁，镁和niobium）的组合，以及这些矿物质的子集应用于其表面并与其他电池成分接口。

XIN和他的同事使用了各种透射电子显微镜，同步加速器X射线衍射和3D纳米摄影仪，以确定其零粘液阴极在复发期间显示出无与伦比的体积变化。稳定的结构可以忍受高温和超过1000个周期，可与具有较低镍量的阴极相当。

对于其中一些研究工具，XIN与位于纽约美国能源部的布鲁克黑文国家实验室的国家同步器光源II（NSLS-II）与科学家合作。

作为科学用户设施的DOE办公室，NSL欧洲杯线上买球S-II让团队使用其28种科学仪器中的三种（称为Beamlines）来探索新阴极的内部结构。

NSLS II梁线上不同方法的组合使材料内部的氧气空位和缺陷的捕获效果有效地防止了He-lmno二级粒子中的裂纹形成，从而使该结构在循环过程中极为稳定，从而发现了诱捕效果。。

Mingyuan GE，研究合着者兼科学家，NSLS-II

“使用这些高级工具，我们能够观察阴极的热稳定性和零变化特性，并且能够证明能够极大地改善能力的保留和循环寿命。这项研究可能为开发现有电池的能量密集替代方案奠定了基础，” Xin补充说。

他说，这项研究更接近实现双胞胎目标，即刺激清洁运输和能源存储的传播，同时解决围绕生产电池的矿物采矿的环境正义问题。

这项研究由美国能源部能源效率和可再生能源办公室资助。

该研究还涉及华盛顿西北部国家实验室，伊利诺伊州阿贡国家实验室和加利福尼亚州SLAC国家加速器实验室的科学家。

期刊参考

张，R。，等。（2022）为零零铜层层状阴极的构图复杂掺杂。自然。doi.org/10.1038/S41586-022-05115-Z。

资源：https://news.uci.edu