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新型鋰電池采用有機材料替代稀有金屬

科技日報發(fā)布時間:2024-01-22 09:13:02  作者:張佳欣

  美國麻省理工學院研究人員設計了一種電池材料,以一種更可持續(xù)的方式為電動汽車提供動力。新的鋰離子電池陰極基于有機材料,而不是基于鈷或鎳。相關研究論文1月18日發(fā)表在美國化學會《ACS中央科學》雜志上。

  大多數(shù)電動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,其價格波動很大。鈷的開采一般都伴隨著危險的工作條件,同時會產(chǎn)生有毒廢物。

  麻省理工學院研究人員最新開發(fā)了一種有機材料,這種材料由多層雙四氨基苯醌(TAQ)組成。TAQ是一種含有三個稠合六角環(huán)的有機小分子,而材料的這些層可向各個方向延伸,形成一種類似于石墨的結構。化學基團苯醌是電子儲存庫,胺可幫助材料形成強氫鍵。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電池材料那樣溶解到電解液中,從而可延長電池壽命。

  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電。新電池還具有與鈷電池相當?shù)拇鎯θ萘?,充電速度更快?/p>

  為穩(wěn)定有機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。這些填充物占整個正極復合材料的近十分之一。其不會顯著降低電池的存儲容量,還可防止鋰離子在電池充電時流入陰極,從而延長了電池陰極壽命。

  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,它們已實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)。因此,組裝這些有機電池的材料成本可能是鈷電池的一半或更少。(記者張佳欣)


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