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降低贵金属含量成未来电池趋势,无钴电池研究持续

2024-11-30 223


随着电池需求攀升,也带动采矿需求,除了影响自然生态与水源,劳工权益也是备受瞩目的议题,面对随需求之而来的自然环境与劳工、人权争议,科学家与厂商也正努力寻找更新的替代方案,好比研发没有昂贵金属钴的锂离子电池。

锂离子电池的阴极由锂、镍、钴贵重金属组成,其中钴在电池效能扮演要角,更是占材料成本的一半,只是如今钴以陷入人权争议许久。

全球有 59% 的钴来自非洲刚果民主共和国,长年涉及血汗工厂和童工问题,也可以说是电池界的“血钻”。去年底美国非营利人权机构国际权利倡导者(International Rights Advocates)便代表刚果 14 家庭于华盛顿特区联邦地区法院提告,控告特斯拉、苹果、Google 母公司 Alphabet、微软、戴尔五家公司,认为这些科技大厂有能力且有义务要改善供应链环境。

为此科学家与厂商也做出些许改善与努力,像是 IBM 正在研发没有钴、其他重金属,且用海水来提取原料的电池。为提高钴供应链透明度,也有厂商采用采矿产倡议组织(Responsible Minerals Initiative,RMI)认证、与地方采矿合作社合作、用区块链技术管理订单、采购,而像通用汽车、特斯拉也打算降低电池的钴含量,特斯拉更打算在中国销售采用无钴电池“磷酸锂铁 (LFP) 电池”Model 3 电动车等等。

美国橡树岭国家实验室则正在研究一种名为 NFA 的新型阴极(正极),NFA 代表镍、铁和铝,也是“镍酸锂”材料的衍生物。其实它已经被关注许久,只是过去研究尚未找出最佳配方,研究负责人 Ilias Belharouak 指出,过去主要是将目光放在“镍酸锂”材料,但它的结构与电化学不稳定是一大考验,对此团队用铁、铝取代一部分的镍,用来增强电极的稳定性。

团队认为,铁和铝是相对具有成本效益、永续发展和环保的材料。研究也符合期待,容量高,且在 100 次循环后还能保留 88% 容量,NFA 阴极制作的袋式电池(pouch cell,软包电池)效能也不差,只是稳定性还有待提高,充放电循环 200 次后维持 72% 容量。

虽然这还只是初步研究,还不知道要花多久的时间才能真正应用到市场,但降低稀有材料用量的设计与研究新进展,对于无钴电池来说无疑是好消息,团队指出,这款设计整合容易,未来全球的阴极制造工厂都能采用。

Belharouak 认为,NFA 阴极充放电效能研究指出,无论阴极有没有含钴,都有相似的电化学反应,并提供足够比容量,满足电池能量密度的要求。

  • Novel cathode ticks the boxes for a cobalt-free battery future
  • New class of cobalt-free cathodes could enhance energy density of next-gen lithium-ion batteries
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(首图来源:橡树岭国家实验室)

2020-12-25 04:02:00

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