总结富钴和无钴阴极结构演变机制的图。信用:刘等。全球许多汽车公司目前正在投资开发电动汽车，这可能有助于减少温室气体排放。电动汽车需要大型可充电电池，这些电池具有高性能、耐用性和能效。近年来，充电电池成本的上升阻碍和减缓了电动汽车的发展。这种高成本的主要原因是，钴(钴)是可充电电池中大多数阴极的主要成分，已经变得越来越难获得，并且需求量越来越大。
为了规避这个问题，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努力寻找替代材料，以替代可充电电池普通阴极中的钴。为了有效地替代钴，这些材料应该达到类似的性能，而且更便宜或更容易获得。
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，旨在更好地了解钴在可充电电池中的作用，以便为新型无钴阴极的设计提供信息。他们发表在《自然能源》杂志上的论文指出了使钴有利于实现高性能可充电电池的一些过程和特征。
“我们研究了钴在专门设计的系统中的作用，该系统包括富钴和锰取代的无钴阴极，”研究人员在论文中写道。
目前提出的许多无钴阴极富含锂或镁。虽然已经发现这些阴极中的一些非常有希望取代钴基阴极，但是它们的容量和操作稳定性通常不适合大规模商业应用。因此，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，例如富含镍的层状氧化物阴极。
富镍层状氧化物阴极通常表现出高容量和高能量密度。尽管如此，一些研究人员发现直接用镍代替钴是不可行的，因为它会导致电池性能和热稳定性的显著降低。
在他们的论文中，刘和他在阿尔贡国家实验室和北京大学的同事试图更好地理解为什么钴在可充电电池阴极中起着如此重要的作用。他们希望这将有助于他们找到具有类似性能的富镍替代成分，并为可充电电池设计更好的无钴阴极。
研究人员使用最先进的方法来确定钴的固有特性，并将其过程与富镍和无钴阴极中的过程进行比较。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得更快。然而，刘和他的同事们的发现表明，在高电位下，钴实际上比镍更具破坏性。
研究人员在他们的论文中解释说:“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，并发现在高电位下，钴比镍更具破坏性，这为减少钴提供了意想不到但令人鼓舞的前景。”。"此外，锰的替代有效地减轻了钴的破坏性影响，并实现了高潜力的功能."
这组研究人员收集的结果提供了一些有价值的见解，可以为设计和实现性能更好、更稳定和更具成本效益的可充电电池阴极提供信息。总的来说，该团队确定了一系列形态和结构退化机制，可以解释为什么富钴阴极的容量会随着时间迅速衰减。
在这些发现的基础上，刘和他的同事们已经开始实现一系列无钴阴极，并取得了令人鼓舞的性能。将来，这些阴极可以集成到可充电电池中，然后可充电电池可以商业化并广泛应用。
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
