在各種電池的競爭中，鋰電池毫無爭議的取得了最大的認(rèn)同，包括手機(jī)和電動(dòng)汽車都使用鋰電池。
但是最近，達(dá)拉斯德克薩斯大學(xué)與首爾國立大學(xué)合作開發(fā)的一種新型鋰鈉錳氧化物材料，能制造成本更為廉價(jià)的環(huán)保電池，為下一代設(shè)備和電動(dòng)汽車提供能量。
埃里克瓊森大學(xué)的材料科學(xué)教授Kyeongjae Cho博士表示，電池成本已經(jīng)成為制約電動(dòng)汽車發(fā)展的重要因素，鋰元素存在全球儲備有限，開采難度極大的弊端，相對來說，鈉元素有著極其豐富的儲量，可以直接從海水中提取。但也存在一個(gè)不足，即鈉的能量密度比鋰低20%。
電池的能量密度決定了設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間。可不可以發(fā)明一種新材料將鈉和鋰的優(yōu)勢結(jié)合起來，既有高能量密度的優(yōu)勢又成本低廉？基于這種想法，Kyeongjae Cho博士及其團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一種新型正極材料，如下圖所示，保留了鋰離子電池的高能量密度，取代了大部分鋰原子(綠色)和鈉(黃色)。新材料的分層結(jié)構(gòu)還包括錳(紫色)和氧(紅色)。
在標(biāo)準(zhǔn)的鋰離子電池中，正極極由鋰、鈷、鎳和氧組成，而負(fù)極是由石墨制成的。當(dāng)電池充電時(shí)，鋰離子通過電解液進(jìn)入負(fù)極，并附在碳上。在放電過程中，鋰離子會回到正極，并為運(yùn)行設(shè)備提供電能。
Kyeongjae Cho說:“幾年前，在鋰離子電池中使用氧化錳來增加能量密度曾一度被看好，但不幸的是，這種組合將電池變的極不穩(wěn)定。但我們所研制的鋰鈉錳氧化物正極材料非常穩(wěn)定，還保持鋰電池的高能量密度。”
研究人員基于對其他實(shí)驗(yàn)材料的物理和化學(xué)知識的了解，用合理的材料設(shè)計(jì)來解決材料穩(wěn)定性。他們首先進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，以確定實(shí)驗(yàn)室在測試材料之前制造出最有希望的原子結(jié)構(gòu)。Kyeongjae Cho和他的同事開發(fā)的設(shè)計(jì)中，用鈉取代了正極中的大部分鋰，而錳取代了鈷和鎳等更昂貴、更稀有的元素。這大大降低了生產(chǎn)成本，而且保持了原有的性能。
這項(xiàng)研究成果是可以進(jìn)一步擴(kuò)展的，這也是該團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在研究的重點(diǎn)：將這種新材料與商業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)相兼容。
Kyeongjae Cho表示，他的研究并不僅僅是為了找到更好的電池，過程也同樣重要和有趣。“當(dāng)托馬斯愛迪生想要發(fā)明一個(gè)燈泡時(shí)，他嘗試了數(shù)千種不同的材料。而為了得到滿足市場需求的電池，我們也需要一一的嘗試，不僅僅是材料，還需要更先進(jìn)的結(jié)構(gòu)和工藝。”
文章編譯自：utdallas
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