美国寻求用锰取代锂离子电池的钴 储能能力提升50%至100%

作为地球上储量最丰富的金属之一，锰，可以取代电池负极中昂贵的钴。目前，电动汽车中的锂离子电池在一定程度上会依赖钴，此种蓝灰色金属可以安全地为电池提供更多电力，但也带来了一个问题，即钴的价格昂贵，还往往需要在政治不稳定的地区进行开采。随着储能市场的增长，研究人员开始寻找对钴依赖程度更低或者完全不依赖于钴的电池化学物质。

据外媒报道，美国能源部阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）的研究人员正在研发一种以锰为中心的技术，因为锰是地球上储量最丰富的金属之一。该项研究由美国能源部汽车技术办公室（DOE’s Vehicle Technologies Office）提供资助，不仅可以用于电动汽车，还可以用于电网（风能、太阳能等变化性能源资源也需要利用电池存储）和其他行业。

对替代性材料的探索集中于电池负极材料。当电池处于充电状态时，锂离子会穿过电解质从负极流向正极，在放电时，该过程又会逆转。阿贡国家实验室的研究人员已经研发出一种富含锂的镍锰钴（NMC）阴极材料，与传统的负极材料相比，储能能力提高了50%至100%。该技术已经被授权给通用汽车在内的全球制造商，而且通用在其雪佛兰Volt和Bolt车型中就采用了此种阴极材料。

现在，在阿贡国家实验室内部一个获得资助的技术成熟项目的支持下，研究人员正在改进NMC技术，要改进现有技术的锂和锰含量，以提高电池的能量密度和安全性，同时降低成本。

在过去几年中，研究此类材料的大部分工作都在阿贡国家实验室科学用户设施——先进光子源（APS）上进行，能够让科学家们从原子角度，分析电池内部发生的情况。研究人员们还使用X射线光谱和衍射技术帮助了解电池运行过程中，该材料的表现情况如何。

其他降低钴含量的策略包括采用更高比例的镍，但是该方法也有问题。虽然镍的储量比钴丰富得多，但是目前适用于电池的镍还不到总储量的五分之一。随着需求上升，镍的供应量会比想象的要少得多，从而导致镍价飙升，因为所有人都会转向研究富含镍的电池化学物质。

与负极镍含量高的电池相比，阴极含锰丰富的电池更便宜，也更安全，正如电池研究中常见的情况一样，只是针对电池一个或两个方面的改进需要权衡利弊。在此种情况下，增加锰和锂含量会降低阴极的稳定性，而且随着时间的推移，电池性能就会发生变化。

阿贡国家实验室的研究人员正在设计和测试新型负极结构、涂层和电解质添加剂，以帮助解决这一问题。