您的位置: 主页 > 提升锂电池阴极安全性与性能,科学家盼以镍取代钴材料

提升锂电池阴极安全性与性能,科学家盼以镍取代钴材料

提升锂电池阴极安全性与性能,科学家盼以镍取代钴材料

智能手机、电动车与电池储能系统如今能蓬勃发展,锂离子电池功不可没,而如今科学家为了使电池性能更上一层楼,打算运用富含镍的材料打造全新电池阴极,盼能研发续航力更久、更轻便的锂离子电池。

锂电池结构分为电极、电解质与隔离模,锂离子首先会从阴极出发,经过电解质最后抵达阳极,而延长电池寿命、提升性能的办法有千百种,有些科学家从锂阳极着手,想要让电池的储电容量更上一层楼,有些则是将目光转向电解质,希望可以透过更换成固态电解质,降低锂电池易起火自爆的风险。

而此次美国布鲁克黑文国家实验室(BNL)与 SLAC 国家加速器实验室等团队则瞄准电池阴极,该团队指出,目前阴极材料多采用锂钴氧化物,但钴的成本与毒性可说是电池发展的阻碍之一,团队打算利用富镍材料(nickel-rich materials)以减少钴含量。

富镍材料稳定性低

不过研发新电极材料之路总是有许多挑战:富镍材料容易衰退,致使储电容量降低。通常电池充放电时,阴极材料会膨胀与收缩,进而产生压力,假如材料无法迅速排解压力,材料可能就会出现裂缝。

BNL 化学家 Enyuan Hu 表示,富镍是一种相当复杂的材料,它在电池充放电过程中可任意伸长与缩短,因此团队得进一步了解富镍材料的物理与化学变化机制,深入研究镍、钴、锰、氧和锂元素。

该团队已透过同步加速器光源来检测富镍材料的变化,之后再运用 X 光吸收光谱(XAS)研究富镍材料中活性金属离子的原子图。研究指出,富镍材料结构坚固,充放电过程中出乎意料地不会释放大量氧气,且材料衰退的原因皆指向镍。

因此为进一步了解原因,团队再以穿透式 X 光显微镜(TXM)描绘材料的化学变化图与透过机器学习技术分门别类,最终团队发现,材料颗粒中的镍原子氧化态相当不稳定,有些镍原子会维持氧化状态与并失去活性,进而让镍的效率降低,其他实验也指出,这已让材料产生细微裂缝。

团队认为,未来或许可以把富镍材料打造成空心结构,或许就能解决这一问题,先前研究也指出,空心结构的抗压性较实心结构强,而空心结构是否能发挥预期效用,还得持续分析、测试与监定。

上一篇:电价连 2 次未调整,经济部:10 月也无涨价压力
下一篇:美国先进能源计划署拟投注 2,800 万美元,发展更小型低价的浮式风力发电基础

您可能喜欢

回到顶部