超低成本電池陰極材料研發成功

來源：科技日報時間：2024-09-25 18:01:33

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據最新一期《自然·可持續性》雜志報道，美國佐治亞理工學院領導的多機構團隊開發出一種革命性低成本陰極材料——氯化鐵，其成本僅為典型陰極材料的1%—2%，但可儲存相同數量的電量。該項成果將極大地改善電動汽車市場以及整個鋰離子電池市場。

電動汽車等大規模能源用戶對鋰離子電池的成本尤其敏感。目前，電池約占電動汽車總成本的50%，這使得清潔能源汽車比許多內燃機汽車更昂貴。在電池結構中，陰極材料會影響容量、能量和效率，在電池的性能、壽命和價格承受能力方面發揮著重要作用。

從2019年開始，研究團隊嘗試使用氯化物基固體電解質和傳統商用氧化物基陰極制造固態電池，結果證明陰極和電解質材料無法兼容。團隊最終發現，氯化物基陰極可以與氯化物電解質更好地匹配，從而能提供更好的電池性能。其中氯化鐵的晶體結構更適合儲存和運輸鋰離子。

目前，電動汽車中最常用的陰極材料是氧化物，需要大量昂貴的鎳和鈷，這些重元素可能有毒，對環境構成挑戰。相比之下，新開發的陰極材料只含有鐵和氯。這兩種元素常見于鋼鐵和食鹽中，儲量豐富、價格低廉。

在初步測試中，氯化鐵的表現與其他價格高得多的陰極材料一樣好，甚至更優。例如，它的工作電壓比常用的陰極磷酸鐵鋰更高。

截至目前，只有4種類型的陰極材料成功商業化應用于鋰離子電池。新開發的陰極將是第5種，代表了電池技術的一大進步：全固態鋰離子電池的開發。團隊表示，這項技術或能在不到5年的時間內在電動汽車中實現商業化。

氯化鐵的工作電壓比現有的電極材料更高，這意味著使用氯化鐵的電池會有更大的容量。氯化鐵電極有良好的穩定性和較低的退化率，有助于降低電池的更換頻率。而且，氯和鐵到處都有，這意味著成本的降低和對環境影響的輕微。如果氯化鐵能成功商用，對固態電池的意義是劃時代的。未來不光電動汽車受益，手機和無人機也將變得更加強勁持久。我們再次意識到，化學和材料學是現代產業的支撐。新的超級材料能為人類的幸福生活提供強大助力。

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