ORNL研究人员为下一代锂离子电池开发更高能量密度的新型无钴阴极

supercell 12月 20, 2020 1.59w 浏览 0

橡树岭国家实验室（ORNL）的研究人员开发了一种新型无钴阴极，有潜力替代当今为电动汽车和消费电子产品供电的锂离子电池中常见的钴基阴极。

称为NFA（针对镍，铁和铝）的新类别是镍酸锂的衍生物，可用于制造锂离子电池正极。这些新颖的阴极被设计为快速充电，能量密集，具有成本效益且使用寿命更长的阴极。有关这项工作的论文发表在《先进材料》和《电源》杂志上。

电化学性能评估表明，我们的无钴材料在0.1C时可提供190 mAh / g的高容量。速率和循环性能评估还显示出良好的速率能力和循环稳定性，在C / 3下100次循环后，容量保持率为88％。使用NFA阴极，我们还制造了0.5Ah（C / 3）的无钴锂离子电池，该电池表现出合理的循环稳定性，在200次循环后保留了约72％的容量。总的来说，我们的工作表明无钴NFA类阴极具有巨大的潜力，可作为开发下一代低成本锂离子电池的可行选择。—Muralidharan等。（2020b）

据ORNL领导NFA研究与开发的科学家Ilias Belharouak称，到2030年，预计将有超过1亿辆电动汽车在路上。钴是目前阴极所需的一种金属，占锂离子电池成本重要部分。

钴资源不丰富，而且很难获得和生产阴极。结果，寻找低成本有效地制造的钴替代材料已经成为锂离子电池研究的重点。

研究人员使用中子衍射，莫斯鲍尔光谱学和其他先进的表征技术来研究NFA的原子和微观结构以及电化学性能。

我们对NFA的充电和放电行为的研究表明，这些阴极与钴基阴极发生相似的电化学反应，并提供足够高的比容量以满足电池能量密度的要求。—伊利亚斯·贝哈鲁阿克

尽管有关NFA类的研究仍处于早期阶段，但Belharouak表示，他的团队迄今为止的初步结果表明，下一代锂离子电池可能不需要钴。

Belharouak说，不仅NFA的性能和钴基阴极一样好，而且NFA阴极的制造工艺可以集成到现有全球阴极制造工艺中。

长期以来，一直对镍酸锂作为制造阴极的材料进行研究，但镍酸锂具有固有的结构和电化学不稳定性。在我们的研究中，我们用铁和铝代替了一些镍，以增强阴极的稳定性。铁和铝是经济高效，可持续和环保的材料。—伊利亚斯·贝哈鲁阿克

未来对NFA类的研发将包括在大尺寸电池中测试这些材料，以验证实验室规模的结果，并进一步探索这些阴极材料在电动汽车中的适用性。

这项工作得到了能源部能源效率办公室和可再生能源汽车技术办公室的赞助。获取更多前沿科技信息访问：https://byteclicks.com

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