新型鋰電池采用有機(jī)材料替代稀有金屬

美國(guó)麻省理工學(xué)院研究人員設(shè)計(jì)了一種電池材料，以一種更可持續(xù)的方式為電動(dòng)汽車提供動(dòng)力。新的鋰離子電池陰極基于有機(jī)材料，而不是基于鈷或鎳。相關(guān)研究論文1月18日發(fā)表在美國(guó)化學(xué)會(huì)《ACS中央科學(xué)》雜志上。

大多數(shù)電動(dòng)汽車都是由鋰離子電池供電的，其陰極含有鈷。鈷是一種提供高穩(wěn)定性和能量密度的金屬。作為一種稀有金屬，其價(jià)格波動(dòng)很大。鈷的開(kāi)采一般都伴隨著危險(xiǎn)的工作條件，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生有毒廢物。

麻省理工學(xué)院研究人員最新開(kāi)發(fā)了一種有機(jī)材料，這種材料由多層雙四氨基苯醌（TAQ）組成。TAQ是一種含有三個(gè)稠合六角環(huán)的有機(jī)小分子，而材料的這些層可向各個(gè)方向延伸，形成一種類似于石墨的結(jié)構(gòu)。化學(xué)基團(tuán)苯醌是電子儲(chǔ)存庫(kù)，胺可幫助材料形成強(qiáng)氫鍵。這些氫鍵使材料高度穩(wěn)定且非常難溶，其不溶性防止了新材料像某些有機(jī)電池材料那樣溶解到電解液中，從而可延長(zhǎng)電池壽命。

研究表明，這種材料的生產(chǎn)成本比含鈷的電池低得多，并且能以與鈷電池相似的速率導(dǎo)電。新電池還具有與鈷電池相當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)容量，充電速度更快。

為穩(wěn)定有機(jī)材料并提高其附著在由銅或鋁制成的電池集電器上的能力，研究人員添加了纖維素和橡膠等填充材料。這些填充物占整個(gè)正極復(fù)合材料的近十分之一。其不會(huì)顯著降低電池的存儲(chǔ)容量，還可防止鋰離子在電池充電時(shí)流入陰極，從而延長(zhǎng)了電池陰極壽命。

另外，制造這種類型的陰極所需的主要材料是苯二酚前體和胺前體，它們已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)。因此，組裝這些有機(jī)電池的材料成本可能是鈷電池的一半或更少。

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