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據(jù)外媒報(bào)道，加州大學(xué)爾灣分校（University of California, Irvine，UCI）和四個(gè)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)出一種不使用鈷來(lái)制造鋰離子電池陰極的方法。鈷是一種受價(jià)格波動(dòng)和地緣政治影響較大的礦物。

相關(guān)論文通訊作者、UCI物理學(xué)和天文學(xué)教授Huolin Xin表示：“通過(guò)‘高熵?fù)诫s’技術(shù)，我們成功地制造出一種無(wú)鈷層狀陰極，可在反復(fù)充放電循環(huán)中具有極高的耐熱性和穩(wěn)定性，解決了長(zhǎng)期以來(lái)富鎳電池材料的安全性和穩(wěn)定性問(wèn)題，為廣泛的商業(yè)應(yīng)用鋪平了道路。”


該論文的作者稱，鈷在化學(xué)上可穩(wěn)定鋰離子電池的陰極，但也是阻礙電動(dòng)汽車、卡車和其他需要電池的電子設(shè)備被廣泛采用的重要原因之一，因?yàn)槠溟_(kāi)采地區(qū)主要為剛果民主共和國(guó)，開(kāi)采環(huán)境惡劣且存在虐待行徑。

Xin表示：“電動(dòng)汽車制造商急于減少電池組中鈷的使用，不僅是為了降低成本，而且是為了反對(duì)雇傭童工。研究表明，鈷會(huì)在高壓下導(dǎo)致氧氣釋放，從而損壞鋰離子電池。因此電池中的鈷需要被替代。”

然而，鎳基正極也存在耐熱性差等問(wèn)題，容易導(dǎo)致電池材料氧化、熱失控甚至爆炸。盡管富鎳陰極可以容納更大的容量，但反復(fù)膨脹和收縮引起的體積應(yīng)變會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)定性差和安全問(wèn)題。

通過(guò)使用HE-LMNO，研究人員試圖通過(guò)成分復(fù)雜的高熵?fù)诫s來(lái)解決上述問(wèn)題。HE-LMNO是結(jié)構(gòu)內(nèi)部過(guò)渡金屬鎂、鈦、錳、鉬和鈮的混合物，其表面和界面富有這些礦物的子集與其他電池材料。

通過(guò)使用一系列同步加速器X射線衍射、透射電子顯微鏡和3D納米斷層成像儀器，Xin及其同事確定其零鈷陰極在重復(fù)使用期間表現(xiàn)出零體積變化。這種高度穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)能夠承受1,000多次循環(huán)和高溫，因此可與鎳含量低得多的陰極相媲美。

對(duì)于其中一些研究工具，Xin是與位于紐約美國(guó)能源部布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Brookhaven National Laboratory）的國(guó)家同步加速器光源II（National Synchrotron Light Source II，NSLS-II）的研究人員合作。作為美國(guó)能源部科學(xué)辦公室用戶設(shè)施，NSLS-II為團(tuán)隊(duì)提供了使用其28種科學(xué)儀器中的三種（稱為光束線）的權(quán)限，以研究新陰極的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

NSLS-II的科學(xué)家、論文合著者M(jìn)ingyuan Ge表示：“在NSLS II光束線上將不同方法結(jié)合，我們能夠發(fā)現(xiàn)材料內(nèi)部氧空位和缺陷的捕獲效應(yīng)，從而有效地防止HE-LMNO二次粒子中裂紋的形成，進(jìn)而使這種結(jié)構(gòu)在循環(huán)過(guò)程中非常穩(wěn)定。”

Xin補(bǔ)充說(shuō)：“使用這些先進(jìn)的工具，我們能夠觀察到陰極顯著提高的熱穩(wěn)定性和零體積變化特性，并且我們已經(jīng)能夠證明容量保持率和循環(huán)壽命也顯著提高。這項(xiàng)研究可以為開(kāi)發(fā)現(xiàn)有能量密集型電池替代品奠定基礎(chǔ)。”

原標(biāo)題： 加州大學(xué)研究人員開(kāi)發(fā)出用于鋰離子電池的無(wú)鈷陰極