新型鋰電池采用有機材料替代稀有金屬
發布時間：2024年1月25日
來源：科技日報
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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日發表在美國化學會《ACS中央科學》雜志上。
大多數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，同時會產生有毒廢物。
麻省理工學院研究人員最新開發了一種有機材料，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的存儲容量，充電速度更快。
為穩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，它們已實現商業化生產。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。