中美研究人员探讨钴在电池中起到的作用 以开发更有效的无钴正极

目前，全球许多汽车公司都在投资开发电动汽车，这将有助于减少温室气体排放。电动汽车需要使用具有高性能、耐用性和能效的大型可充电电池。然而，近年来由于原材料供不应求，尤其是作为主要正极成分的钴(Co)，电池成本不断上涨。工程师和化学家一直在寻找替代材料，以取代普通正极中的钴，用于可充电电池。为了有效替代钴，这些材料应具有类似性能，但成本更低或更易获得。


据外媒报道，美国阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）和中国北京大学深圳研究生院的研究人员进行了一项研究，以更好地了解钴在可充电电池中所起的作用，为设计新的无钴正极提供信息。

研究人员表示：“我们探讨钴在专门设计的系统中起到的作用，如富钴正极和用锰替代的无钴正极。”

目前提出的许多无钴正极中都含有大量锂或镁，其中一些很有希望取代钴基正极，但因容量和稳定性不足，往往不适合大规模投入商用。因此，大多数探索无钴替代材料的研究都集中在层状氧化物正极上，例如富镍层状氧化物正极。通常情况下，富镍层状氧化物正极具有高容量和高能量密度。但是，直接用镍取代钴已证实不可行，因为这会导致电池的性能和热稳定性大幅下降。在本次研究中，研究人员希望深入了解，为什么钴能在电池正极中发挥如此重要的作用。并在此基础上，找到可以实现类似性能的可替代性富镍成分，为可充电电池设计更好的无钴正极。

研究人员通过最先进的方法来识别钴的内在属性，并将相关过程与富镍无钴正极中发生的过程进行比较。以往研究表明，正极中含有大量镍，可能导致电池容量衰减得更快。然而，本次研究发现，在高电压下，钴实际上比镍更具破坏性。研究人员表示：“我们的研究结果显示，钴在快速容量和/或结构退化方面起到了不可否认的作用，并且钴在高电压下比镍更具破坏性。”此外，用锰替代钴，可以有效减轻破坏性影响，并实现更好的高电压性能。

总体而言，该团队发现一系列形态和结构降解机制，可以解释为什么富钴正极的容量随着时间推移迅速衰减。这项研究对于设计高性能、低成本的无钴电池具有重要的指导意义。在这些发现的基础上，研究人员提出一系列无钴正极材料，并验证这些材料具有良好的性能，将来有望应用于可充电电池，并大规模投入商用。