氯化鐵陰極材料的研發(fā)是鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域的一項重要突破。隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)的迅速發(fā)展，對更高能量密度和更低成本的電池的需求日益迫切。傳統的陰極材料雖然在能量密度和循環(huán)壽命方面表現優(yōu)秀，但其生產(chǎn)成本高昂，限制了電池的大規模推廣應用。
據最新一期《自然·可持續性》雜志報道，美國佐治亞理工學(xué)院領(lǐng)導的多機構團隊開(kāi)發(fā)出一種革命性低成本陰極材料——氯化鐵，其成本僅為典型陰極材料的1%—2%，但可儲存相同數量的電量。該項成果將極大地改善電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)以及整個(gè)鋰離子電池市場(chǎng)。
電動(dòng)汽車(chē)等大規模能源用戶(hù)對鋰離子電池的成本尤其敏感。目前，電池約占電動(dòng)汽車(chē)總成本的50%，這使得清潔能源汽車(chē)比許多內燃機汽車(chē)更昂貴。在電池結構中，陰極材料會(huì )影響容量、能量和效率，在電池的性能、壽命和價(jià)格承受能力方面發(fā)揮著(zhù)重要作用。
這種新型陰極材料的研發(fā)，對于提高鋰電池的能量密度和降低成本具有重要意義。隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)的快速發(fā)展，對高性能、低成本電池的需求日益迫切。氯化鐵作為一種新型陰極材料，有望滿(mǎn)足這一需求，推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
從2019年開(kāi)始，研究團隊嘗試使用氯化物基固體電解質(zhì)和傳統商用氧化物基陰極制造固態(tài)電池，結果證明陰極和電解質(zhì)材料無(wú)法兼容。團隊最終發(fā)現，氯化物基陰極可以與氯化物電解質(zhì)更好地匹配，從而能提供更好的電池性能。其中氯化鐵的晶體結構更適合儲存和運輸鋰離子。
目前，電動(dòng)汽車(chē)中最常用的陰極材料是氧化物，需要大量昂貴的鎳和鈷，這些重元素可能有毒，對環(huán)境構成挑戰。相比之下，新開(kāi)發(fā)的陰極材料只含有鐵和氯。這兩種元素常見(jiàn)于鋼鐵和食鹽中，儲量豐富、價(jià)格低廉。
在初步測試中，氯化鐵的表現與其他價(jià)格高得多的陰極材料一樣好，甚至更優(yōu)。例如，它的工作電壓比常用的陰極磷酸鐵鋰更高。
截至目前，只有4種類(lèi)型的陰極材料成功商業(yè)化應用于鋰離子電池。新開(kāi)發(fā)的陰極將是第5種，代表了電池技術(shù)的一大進(jìn)步：全固態(tài)鋰離子電池的開(kāi)發(fā)。團隊表示，這項技術(shù)或能在不到5年的時(shí)間內在電動(dòng)汽車(chē)中實(shí)現商業(yè)化。
氯化鐵的工作電壓比現有的電極材料更高，這意味著(zhù)使用氯化鐵的電池會(huì )有更大的容量。氯化鐵電極有良好的穩定性和較低的退化率，有助于降低電池的更換頻率。而且，氯和鐵到處都有，這意味著(zhù)成本的降低和對環(huán)境影響的輕微。如果氯化鐵能成功商用，對固態(tài)電池的意義是劃時(shí)代的。未來(lái)不光電動(dòng)汽車(chē)受益，手機和無(wú)人機也將變得更加強勁持久。我們再次意識到，化學(xué)和材料學(xué)是現代產(chǎn)業(yè)的支撐。新的超級材料能為人類(lèi)的幸福生活提供強大助力。
總的來(lái)說(shuō)，氯化鐵的出現為我們提供了一種全新的、高效的電池選擇。雖然目前它還處于研究階段，但我們有理由相信，隨著(zhù)科技的不斷進(jìn)步，它將在不久的將來(lái)成為我們生活中不可或缺的一部分。佐治亞理工學(xué)院領(lǐng)導的多機構團隊表示，他們將繼續致力于優(yōu)化這種新型陰極材料的生產(chǎn)過(guò)程和性能，為實(shí)現更高的能量密度和更低的生產(chǎn)成本而努力。
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