新型正极材料 显著提高锂离子电池（LIB）的性能

来自 实验室仪器网

根据《自然可持续性》杂志发表的一项研究，由佐治亚理工学院的陈海龙领导的多机构研究团队开发出了一种新型低成本阴极，可以显著提高锂离子电池（LIB）的性能，有可能改变电动汽车（EV）市场和大型储能系统。

这种革命性材料氯化铁(FeCl3)的成本仅为传统阴极材料的1-2%，但可以存储相同数量的电量。阴极材料会影响容量、能量和效率，所有这些都会显著影响电池的性能、寿命和成本。

陈补充道：“我们的阴极可以改变游戏规则，其团队在《自然可持续性》杂志上描述了他们的工作。它将极大地改善电动汽车市场——以及整个锂离子电池市场。”

20世纪90年代初，索尼首次将锂离子电池商业化，引发了智能手机和平板电脑等个人电子产品的爆炸式增长。该技术最终发展为电动汽车供电，提供了一种可靠、可充电、高能量密度的解决方案。然而，与个人电子产品不同，电动汽车等大规模能源用户对锂离子电池的成本特别敏感。

电池约占电动汽车总成本的一半，这使得清洁能源汽车比内燃机汽车更昂贵。陈教授团队的突破可能会改变这一现状。

与传统碱性电池和铅酸电池相比，锂离子电池体积更小，可储存更多能量，让设备在充电后可使用更长时间。然而，锂离子电池含有钴和镍等昂贵金属，制造成本高昂。

迄今为止，只有四种阴极类型已成功商业化应用于LIB。陈教授的发明将是第五种，它标志着电池技术的重大进步：全固态LIB的诞生。

传统锂离子电池采用液体电解质传输锂离子以进行能量存储和释放。它们对可存储的能量有严格的限制，并且容易发生泄漏和起火。

然而，全固态锂离子电池使用固体电解质，可显著提高电池的效率和可靠性，同时使其更安全，能够储存更多能量。这些电池仍处于开发和测试阶段，将代表重大改进。

陈和他的同事们创造了一种经济环保的替代方案，因为世界各地的科学家和制造商都在努力使全固态技术成为可能。他们的整个电池系统包括锂金属阳极、固体电解质和FeCl3阴极，成本比现有的LIB低30%到40%。

陈进一步表示：“这不仅可以使电动汽车比内燃机汽车便宜得多，而且还提供了一种新的、有前途的大规模储能形式，增强了电网的弹性。此外，我们的阴极将大大提高电动汽车市场的可持续性和供应链稳定性。”

陈实验室对固体电解质材料的研究引发了对FeCl3作为阴极材料的兴趣。前几年他们开始尝试通过将传统氧化物阴极与氯化物固体电解质配对来开发固态电池。然而，阴极和电解质材料不兼容，导致性能不佳。

研究团队假设，将氯化物电解质与氯化物基阴极相匹配可以提高电池性能。“我们发现了一种值得尝试的候选材料（FeCl3），因为它的晶体结构可能适合储存和运输锂离子，而且幸运的是，它的功能符合我们的预期，”陈补充道。

目前，大多数电动汽车的阴极都是由氧化物制成的，需要使用镍和钴等昂贵且对环境有害的元素。相比之下，陈的阴极仅由铁(Fe)和氯(Cl)组成，这两种元素常见且价格低廉，存在于食盐和钢铁中。

初步测试表明，FeCl3的表现优于更昂贵的阴极，提供比广泛使用的LiFePO4（磷酸铁锂或LFP）更高的工作电压，类似于花园水管中的水压。

这项技术有望在五年内应用于电动汽车。目前，陈表示团队将继续研究FeCl3及其相关材料。

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