新型无钴阴极 可有效降低并可提高电池能量密度

橡树岭国家实验室的研究人员开发了一种新的阴极系列，有潜力取代目前为电动汽车和消费电子产品供电的锂离子电池中常见的且价格昂贵的钴基阴极。

称为NFA的新类别代表镍，铁和铝基阴极，是镍酸锂的衍生物，可用于制造锂离子电池的正极。这些新颖的阴极被设计为快速充电，能量密集，具有成本效益并且持续时间更长。

随着全球便携式电子产品和电动汽车产量的增长，对锂离子电池的需求量很大。据ORNL领导NFA研究与开发的科学家IliasBelharouak称，到2030年，预计将有超过1亿辆电动汽车在路上。钴是目前阴极所需的一种金属，占锂离子的重要部分。

钴很少见，而且主要在海外开采，因此很难获得和生产阴极。所以，寻找可以有效降低成本的钴替代材料已经成为锂离子电池研究的重点。

ORNL的科学家测试了NFA类阴极的性能，并确定它们是钴基阴极的有希望的替代品，如AdvancedMaterials和JournalofPowerSources中所述。研究人员使用中子衍射，莫斯鲍尔光谱学和其他先进的表征技术来研究NFA的原子和微观结构以及电化学性能。

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-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%

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Belharouak说：“我们对NFA的充电和放电行为的研究表明，这些阴极与钴基阴极发生相似的电化学反应，并提供足够高的比容量以满足电池能量密度的要求。”

尽管有关NFA类的研究仍处于早期阶段，但Belharouak表示，他的团队迄今为止的初步结果表明，下一代锂离子电池可能不需要钴。

他说：“我们正在开发一种具有比钴基阴极相似或更好的电化学特性的阴极，同时利用低成本的原材料。”

Belharouak补充说，不仅NFA的性能和钴基阴极一样好，而且NFA阴极的制造工艺可以集成到现有的全球阴极制造工艺中。

他说：“长期以来，人们一直在研究镍酸锂作为制造正极材料的选择，但镍酸锂具有固有的结构和电化学不稳定性。”“在我们的研究中，我们用铁和铝替代了一些镍，以增强阴极的稳定性。铁和铝是经济高效，可持续和环保的材料。”

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NFA类的未来研究和开发将包括在大幅面电池中测试材料，以验证实验室规模的结果，并进一步探索这些阴极在电动汽车中的适用性。

该期刊文章的其他研究人员包括NitinMuralidharan，RachidEssehli，RaphaelHermann，RuhulAmin，CharlJafta，JunjeZhang，LiuLiu，ZhijiaDu，HarryMeyer，EthanSelf，JagjitNanda和YaocaiBai。这项工作是由美国能源部能源效率和可再生能源汽车技术办公室赞助的。

ORNL由UT-Battelle负责美国能源部科学办公室的管理，这是美国物理科学基础研究的最大支持者。美国能源部科学办公室正在努力应对当今时代最紧迫的挑战。