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美国麻省理工学院:新型锂电池采用有机材料替代稀有金属

来源:科技日报 575 2024-01-24

颗粒在线讯:美国麻省理工学院研究人员设计了一种电池材料,以一种更可持续的方式为电动汽车提供动力。新的锂离子电池阴极基于有机材料,而不是基于钴或镍。相关研究论文1月18日发表在美国化学会《ACS中央科学》杂志上。

大多数电动汽车都是由锂离子电池供电的,其阴极含有钴。钴是一种提供高稳定性和能量密度的金属。作为一种稀有金属,其价格波动很大。钴的开采一般都伴随着危险的工作条件,同时会产生有毒废物。

麻省理工学院研究人员最新开发了一种有机材料,这种材料由多层双四氨基苯醌(TAQ)组成。TAQ是一种含有三个稠合六角环的有机小分子,而材料的这些层可向各个方向延伸,形成一种类似于石墨的结构。化学基团苯醌是电子储存库,胺可帮助材料形成强氢键。这些氢键使材料高度稳定且非常难溶,其不溶性防止了新材料像某些有机电池材料那样溶解到电解液中,从而可延长电池寿命。

研究表明,这种材料的生产成本比含钴的电池低得多,并且能以与钴电池相似的速率导电。新电池还具有与钴电池相当的存储容量,充电速度更快。

为稳定有机材料并提高其附着在由铜或铝制成的电池集电器上的能力,研究人员添加了纤维素和橡胶等填充材料。这些填充物占整个正极复合材料的近十分之一。其不会显著降低电池的存储容量,还可防止锂离子在电池充电时流入阴极,从而延长了电池阴极寿命。

另外,制造这种类型的阴极所需的主要材料是苯二酚前体和胺前体,它们已实现商业化生产。因此,组装这些有机电池的材料成本可能是钴电池的一半或更少。

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