锂电池中撒点盐,能量密度加3倍!浙大校友新研究亮了
锂电池中撒点盐,能量密度加3倍!浙大校友新研究亮了多年一直依赖价高且资源稀少镍和钴的锂离子电池,迎来了更加可持续的突破口。而且值得一提的是,这项新研究的领头人,还是一位本科学成于浙大化学系的华人科学家——ChenGuoying。在电池阴极材料中来点盐这种无序岩盐英文名称是Disorderedrocksalt,是普通食盐的近亲,在地壳中很常见。△一种岩盐根据研究,使用无序岩盐再加上一些其他过渡金属,可以完全取代一般三元锂电池阴极材料常用的镍和钴元素。也就是完全不用镍和钴,无序岩盐+锰依旧能合成动力电池的阴极。并且,无序岩盐还可以将电池的能量密度增加三倍,提供更长的续航里程。同时研究人员还发现,无序岩盐拥有很高的组成灵活性,使用任何一种过渡金属都能合成可用的电池阴极,比如锰或者钛,能显著降低电池原材料价格。众所周知,三元锂电池是当下动力电池的主流类型之一。并且因为能量密度高、热稳定性好,经常被选用高端车型的标配。其中的钴离子有助于维持阴极氧化物的稳定性,抑制锂镍混排现象,保证电池寿命;镍离子有助于提升能量密度,对于锂电池来说都是关键的组成元素。那么,为什么要研究新的材料来替代这两种元素?无序岩盐给出的新选择需要寻找镍和钴的替代材料,最重要的还是因为两种元素在未来会进入短缺状态。一般来说,三元锂电池阴极主要由镍钴锰三种元素组成,镍和钴元素的占比通常在70%以上。△三元电池阴极材料结构,来源:EER而随着电动汽车市场的不断扩张,三元锂电池需求增长,进而导致对镍、钴元素的需求量猛增。标普全球最近的一份报告显示,电动汽车的销量从2023年到2027年将翻一番,达到3160万辆,预计到时候钴和镍都会出现短缺。伍德麦肯兹也曾在去年预测,如果新的采矿项目不见成效,到2030年钴需求将短缺超过15%。但同时又因为钴和镍在电池材料中的重要性,在真正面临短缺之前,最好先找一些替代。研究人员们认为,无序岩盐就是非常好的替代材料。从结构上来说,无序岩盐的晶体结构是立方而非层状,因此不需要钴元素来保持稳定性。△右边为DRX阴极结构,来源:伯克利实验室同时,立方的晶体结构又能允许锂离子在三个维度中自由移动,从而可以容纳更多的锂离子,提供更高的能量密度,代替了镍元素的作用。研究人员也把这种无序岩盐材料称为富锂阴极材料。而为了更好地研究这种材料,研究人员们还成立了一个无序岩盐联盟。研究团队简介联盟在2022年10月成立,由劳伦斯伯克利国家实验室主导。主要负责人有两位,分别是伯克利实验室电池组研究科学家ChenGuoying和GerbrandCeder,同时Ceder也在加州大学伯克利分校担任材料科学与工程系教授。ChenGuoying本科就读于浙江大学化学专业,1994年毕业后,先后在中国科学院上海有机化学研究所、宾夕法尼亚大学完成有机化学专业硕士和化学专业博士学位。2002年,ChenGuoying开始在伯克利实验室工作,研究方向为提高锂离子电池的能量密度、循环寿命和安全性,已经在材料化学一流期刊上发布论文超66篇,总被引数达到7668次。GerbrandCeder则是著名锂电大牛,属于世界顶级材料计算专家。GerbrandCeder本科就读于比利时鲁汶大学冶金和应用材料科学专业,毕业后直接读博,1991年在加州大学伯克利分校获得材料科学博士学位。他曾在麻省理工学院担任材料科学与工程学院教授,后回到加州大学伯克利分校,研究方向包括能源存储(包括锂离子电池、钠离子电池、全固态电池等)、数据挖掘、高通量计算等。GerbrandCeder已经在Nature、Science等顶级期刊上发表论文超过500篇,被引次数超过11.5万次。目前,无序岩盐联盟成员遍布各个国家实验室和大学,不同团队分别研究计算模型,不断改进化学成分,并开发最适合无序岩盐阴极的电解质。联盟已经获得美国能源部车辆技术办公室提供的2000万美元(约1.46亿元)资金,目标在未来五年内推出电池级无序岩盐阴极材料,最终实现商业化。ChenGuoying表示,现在研究的最大挑战是提高无序岩盐阴极材料的循环寿命,目标是达到数千次以上。等到无序岩盐阴极材料推出,性能高、寿命长、价格低的新型锂电池无疑在电池市场上非常有竞争力。参考链接:https://spectrum.ieee.org/lithium-ion-battery-2665763170...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1390749.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1390749.htm
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