氯化鐵陰極材料的研發(fā)是鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域的一項(xiàng)重要突破。隨著電動(dòng)汽車市場的迅速發(fā)展，對更高能量密度和更低成本的電池的需求日益迫切。傳統(tǒng)的陰極材料雖然在能量密度和循環(huán)壽命方面表現(xiàn)優(yōu)秀，但其生產(chǎn)成本高昂，限制了電池的大規(guī)模推廣應(yīng)用。
據(jù)最新一期《自然·可持續(xù)性》雜志報(bào)道，美國佐治亞理工學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的多機(jī)構(gòu)團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種革命性低成本陰極材料——氯化鐵，其成本僅為典型陰極材料的1%—2%，但可儲存相同數(shù)量的電量。該項(xiàng)成果將極大地改善電動(dòng)汽車市場以及整個(gè)鋰離子電池市場。
電動(dòng)汽車等大規(guī)模能源用戶對鋰離子電池的成本尤其敏感。目前，電池約占電動(dòng)汽車總成本的50%，這使得清潔能源汽車比許多內(nèi)燃機(jī)汽車更昂貴。在電池結(jié)構(gòu)中，陰極材料會影響容量、能量和效率，在電池的性能、壽命和價(jià)格承受能力方面發(fā)揮著重要作用。
這種新型陰極材料的研發(fā)，對于提高鋰電池的能量密度和降低成本具有重要意義。隨著電動(dòng)汽車市場的快速發(fā)展，對高性能、低成本電池的需求日益迫切。氯化鐵作為一種新型陰極材料，有望滿足這一需求，推動(dòng)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
從2019年開始，研究團(tuán)隊(duì)嘗試使用氯化物基固體電解質(zhì)和傳統(tǒng)商用氧化物基陰極制造固態(tài)電池，結(jié)果證明陰極和電解質(zhì)材料無法兼容。團(tuán)隊(duì)最終發(fā)現(xiàn)，氯化物基陰極可以與氯化物電解質(zhì)更好地匹配，從而能提供更好的電池性能。其中氯化鐵的晶體結(jié)構(gòu)更適合儲存和運(yùn)輸鋰離子。
目前，電動(dòng)汽車中最常用的陰極材料是氧化物，需要大量昂貴的鎳和鈷，這些重元素可能有毒，對環(huán)境構(gòu)成挑戰(zhàn)。相比之下，新開發(fā)的陰極材料只含有鐵和氯。這兩種元素常見于鋼鐵和食鹽中，儲量豐富、價(jià)格低廉。
在初步測試中，氯化鐵的表現(xiàn)與其他價(jià)格高得多的陰極材料一樣好，甚至更優(yōu)。例如，它的工作電壓比常用的陰極磷酸鐵鋰更高。
截至目前，只有4種類型的陰極材料成功商業(yè)化應(yīng)用于鋰離子電池。新開發(fā)的陰極將是第5種，代表了電池技術(shù)的一大進(jìn)步：全固態(tài)鋰離子電池的開發(fā)。團(tuán)隊(duì)表示，這項(xiàng)技術(shù)或能在不到5年的時(shí)間內(nèi)在電動(dòng)汽車中實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。
氯化鐵的工作電壓比現(xiàn)有的電極材料更高，這意味著使用氯化鐵的電池會有更大的容量。氯化鐵電極有良好的穩(wěn)定性和較低的退化率，有助于降低電池的更換頻率。而且，氯和鐵到處都有，這意味著成本的降低和對環(huán)境影響的輕微。如果氯化鐵能成功商用，對固態(tài)電池的意義是劃時(shí)代的。未來不光電動(dòng)汽車受益，手機(jī)和無人機(jī)也將變得更加強(qiáng)勁持久。我們再次意識到，化學(xué)和材料學(xué)是現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)的支撐。新的超級材料能為人類的幸福生活提供強(qiáng)大助力。
總的來說，氯化鐵的出現(xiàn)為我們提供了一種全新的、高效的電池選擇。雖然目前它還處于研究階段，但我們有理由相信，隨著科技的不斷進(jìn)步，它將在不久的將來成為我們生活中不可或缺的一部分。佐治亞理工學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的多機(jī)構(gòu)團(tuán)隊(duì)表示，他們將繼續(xù)致力于優(yōu)化這種新型陰極材料的生產(chǎn)過程和性能，為實(shí)現(xiàn)更高的能量密度和更低的生產(chǎn)成本而努力。
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