新型氟化铁阴极的锂容量是传统钴或镍阴极的两倍以上,原材料价格也更低。随着动力电池需求的不断上升,市场上钴、镍等稀有金属的价格也出现暴涨。《自然材料》杂志最近的一份报告显示,美国科学家正在开发锂电池来替代产品,从而减少对稀有金属的依赖。
据了解,电动汽车锂电池中最常用的正极(负极)材料是镍、锰、钴三元材料(NMC),以及镍、钴、铝三元材料(NCA)。由于钴的价格上涨和稀缺,一些电池制造商通过增加镍含量(高达钴含量的八倍)来生产低钴含量的阴极电极。据了解,来自佐治亚理工学院的研究人员开发了一种新的阴极和电解质系统,可以用低成本的过渡金属氟化物和固体聚合物电解质取代昂贵的金属和传统的液体电解质。
图|研究人员Gleb Yushin和Kostiantyn Turcheniuk。新阴极由氟化铁活性材料和固体聚合物(一种塑料)电解质纳米复合材料制成。为了制造这种新的阴极,研究人员开发了一种将固体聚合物电解质渗透到预先形成的氟化铁电极中的工艺,然后对阴极结构进行整体热压,以增加密度并减少空隙。聚合物电解质的主要优点是在循环过程中具有很强的弯曲和适应氟化铁膨胀的能力,可以与氟化铁形成非常稳定和灵活的界面,解决了以往电池设计中使用氟化铁带来的膨胀和大量副反应等问题。至关重要的是,新的氟化铁阴极的锂容量是传统钴或镍阴极的两倍以上,但铁的价格仅为钴的三分之一和镍的百分之一。同时,研究人员测试了这种新型固态电池在50摄氏度高温下超过300次充放电循环的性能。结果表明,提高电池性能的关键是固体聚合物电解质。因此,他们后来的目标主要是开发和改进固体电解质,以满足快速充电功能,同时试图将固体和液体电解质有机结合,使其与大型电池厂使用的传统电池制造技术兼容。
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