中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：許多電動(dòng)汽車(chē)都是由含有鈷的電池驅(qū)動(dòng)的，這種金屬會(huì)帶來(lái)高昂的財(cái)務(wù)、環(huán)境和社會(huì)成本。
有鑒于此，麻省理工學(xué)院（MIT）的研究人員現(xiàn)在設(shè)計(jì)了一種電池材料，可以為電動(dòng)汽車(chē)提供更可持續(xù)的動(dòng)力。新的鋰離子電池將包括一個(gè)基于有機(jī)材料的陰極，而不是鈷或鎳。
在一項(xiàng)新的研究中，研究人員表明，這種材料的生產(chǎn)成本比含鈷電池低得多，而且可以以與鈷電池相似的速率導(dǎo)電。研究人員報(bào)告說(shuō)，這種新電池也具有相當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)容量，并且可以比鈷電池更快地充電。
“我認(rèn)為這種材料可能會(huì)產(chǎn)生很大的影響，因?yàn)樗男Ч浅：?，”該研究論文資深作者、麻省理工學(xué)院教授Mircea Dincǎ說(shuō)：“與現(xiàn)有技術(shù)相比，它已經(jīng)具有競(jìng)爭(zhēng)力，而且它可以節(jié)省大量成本、痛苦和與開(kāi)采目前用于電池的金屬相關(guān)的環(huán)境問(wèn)題?！?
眾所周知，大多數(shù)電動(dòng)汽車(chē)都是由鋰離子電池驅(qū)動(dòng)的，鋰離子從正極（陰極）流向負(fù)極（陽(yáng)極）時(shí)，鋰離子就會(huì)被充電。在大多數(shù)鋰離子電池中，陰極含有鈷，這種金屬具有很高的穩(wěn)定性和能量密度。
然而，鈷有明顯的缺點(diǎn)。作為一種稀缺金屬，鈷的價(jià)格可能會(huì)大幅波動(dòng)，而世界上大部分鈷礦床都位于政治不穩(wěn)定的國(guó)家。鈷的開(kāi)采創(chuàng)造了危險(xiǎn)的工作條件，并產(chǎn)生有毒廢物，污染了礦山周?chē)耐恋?、空氣和水?
也正因?yàn)槿绱耍罅康难芯慷荚谠噲D開(kāi)發(fā)替代電池材料。其中一種材料是磷酸鐵鋰（LFP），一些汽車(chē)制造商開(kāi)始在電動(dòng)汽車(chē)中使用這種材料。雖然LFP在實(shí)際應(yīng)用中確實(shí)很有用，但它的能量密度只有鈷電池和鎳電池的一半左右。
有機(jī)材料
另一個(gè)吸引人的選擇是有機(jī)材料，但到目前為止，大多數(shù)有機(jī)材料都無(wú)法與含鈷電池的導(dǎo)電性、存儲(chǔ)容量和壽命相匹配。由于它們的導(dǎo)電性低，這些材料通常需要與聚合物等粘合劑混合，以幫助它們保持導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。這些粘合劑至少占總材料的50%，降低了電池的存儲(chǔ)容量。
大約六年前，Dincǎ的實(shí)驗(yàn)室在蘭博基尼的資助下開(kāi)始研究一個(gè)項(xiàng)目，開(kāi)發(fā)一種可用于為電動(dòng)汽車(chē)提供動(dòng)力的有機(jī)電池。在研究部分有機(jī)和部分無(wú)機(jī)的多孔材料時(shí)，Dincǎ和他的學(xué)生意識(shí)到，他們制造的一種完全有機(jī)的材料似乎可能是一種強(qiáng)導(dǎo)體。
這種材料由多層TAQ（雙四氨基苯醌）組成，TAQ是一種有機(jī)小分子，包含三個(gè)融合的六邊形環(huán)。這些層可以向各個(gè)方向向外延伸，形成類(lèi)似石墨的結(jié)構(gòu)。在分子中有被稱(chēng)為醌的化學(xué)基團(tuán)，它們是電子儲(chǔ)存庫(kù)，還有胺，它們幫助材料形成強(qiáng)氫鍵。
這些氫鍵使這種材料非常穩(wěn)定，溶解性極差。這種不溶解性很重要，因?yàn)樗梢苑乐共牧舷衲承┯袡C(jī)電池材料那樣溶解到電池電解質(zhì)中，從而延長(zhǎng)其使用壽命。
“有機(jī)材料降解的主要方法之一就是，將它們簡(jiǎn)單地溶解在電池電解質(zhì)中，并‘穿越’到電池的另一邊，本質(zhì)上造成短路。如果你讓材料完全不溶，這個(gè)過(guò)程就不會(huì)發(fā)生，所以我們可以在最小的退化情況下進(jìn)行2000多次充電循環(huán)?！彼麄冋f(shuō)。
強(qiáng)大的性能
對(duì)這種材料的測(cè)試表明，它的導(dǎo)電性和存儲(chǔ)容量與傳統(tǒng)的含鈷電池相當(dāng)。此外，具有TAQ陰極的電池可以比現(xiàn)有電池更快地充電和放電，這可能會(huì)加快電動(dòng)汽車(chē)的充電速度。
為了穩(wěn)定有機(jī)材料，并增加其粘附在電池的電流收集器（由銅或鋁制成）上的能力，研究人員添加了纖維素和橡膠等填充材料。這些填充物占陰極復(fù)合材料的比重不到十分之一，所以它們不會(huì)顯著降低電池的存儲(chǔ)容量。
當(dāng)鋰離子在電池充電時(shí)流入陰極時(shí)，這些填料還可以防止陰極破裂，從而延長(zhǎng)電池的使用壽命。
據(jù)悉，制造這種陰極所需的主要材料是醌前體和胺前體，它們已經(jīng)作為商業(yè)化學(xué)品大量生產(chǎn)。研究人員估計(jì)，組裝這些有機(jī)電池的材料成本可能是鈷電池成本的三分之一到一半。
未來(lái)，他們計(jì)劃繼續(xù)開(kāi)發(fā)替代電池材料，并正在探索用鈉或鎂替代鋰的可能性，鈉或鎂比鋰更便宜，儲(chǔ)量也更豐富。
