科技日報記者 張夢然
據(jù)最新一期《自然·可持續(xù)性》雜志報道，美國佐治亞理工學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的多機構(gòu)團隊開發(fā)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(shù)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(guī)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(nèi)燃機汽車更昂貴。在電池結(jié)構(gòu)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(fā)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(zhì)和傳統(tǒng)商用氧化物基陰極制造固態(tài)電池，結(jié)果證明陰極和電解質(zhì)材料無法兼容。團隊最終發(fā)現(xiàn)，氯化物基陰極可以與氯化物電解質(zhì)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(jié)構(gòu)更適合儲存和運輸鋰離子。
目前，電動汽車中最常用的陰極是氧化物，需要大量昂貴的鎳和鈷，這些重元素可能有毒，對環(huán)境構(gòu)成挑戰(zhàn)。相比之下，新開發(fā)的陰極只含有鐵和氯。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(xiàn)與其他價格高得多的陰極材料一樣好，甚至更優(yōu)。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種類型的陰極成功商業(yè)化應(yīng)用于鋰離子電池。新開發(fā)的陰極將是第5種，代表了電池技術(shù)的一大進步：全固態(tài)鋰離子電池的開發(fā)。團隊表示，這項技術(shù)或能在不到5年的時間內(nèi)在電動汽車中實現(xiàn)商業(yè)化。
總編輯圈點
氯化鐵的工作電壓比現(xiàn)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(wěn)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(huán)境影響的輕微。如果氯化鐵能成功商用，對固態(tài)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(xué)和材料學(xué)是現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)的支撐。新的超級材料能為人類的幸福生活提供強大助力。
