作為一種相對(duì)稀有且貴重的重金屬，鈷在當(dāng)今鋰電池中起著至關(guān)重要的作用。幾十年來(lái)，由于鈷的高成本和采礦行業(yè)對(duì)環(huán)境和工人健康的負(fù)面影響（接觸危險(xiǎn)劑量的有毒金屬和自然景觀/水源的退化），研究人員一直在尋找從為電子設(shè)備供電的高能電池中消除鈷的方法。但是過(guò)去的嘗試并沒(méi)有達(dá)到鈷電池的性能標(biāo)準(zhǔn)。

近日，來(lái)自德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校科克雷爾工程學(xué)院的研究人員表示，他們已經(jīng)破解了無(wú)鈷高能鋰離子電池的密碼，消除了鈷元素，打開了降低電池生產(chǎn)成本的大門，同時(shí)在某些方面提升了性能。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)已發(fā)表在本月的《高級(jí)材料》雜志上。

通常，能量密度的增加會(huì)導(dǎo)致權(quán)衡，比如縮短循環(huán)壽命——電池在失去效率和無(wú)法再充滿電之前可以充放電的次數(shù)。而消除鈷通常會(huì)減慢電池的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，并導(dǎo)致低速率能力——陰極充電或放電的速度。

此外，大多數(shù)鋰離子電池的陰極使用金屬離子的組合，如鎳錳鈷（NMC）或鎳鈷鋁（NCA）。陰極大約占整個(gè)電池材料成本的一半，鈷是最昂貴的元素。它的價(jià)格約為每噸28500美元，比鎳、錳和鋁的總和還要貴，而且占大多數(shù)鋰離子電池陰極的10%至30%。

而研究人員通過(guò)調(diào)整配方，換用含鎳89%、其余部分由錳、鋁補(bǔ)上的新型電極材料，實(shí)現(xiàn)消除對(duì)鈷元素的依賴。而電池中的鎳越多，就意味著它能儲(chǔ)存更多的能量。這種能量密度的增加可以延長(zhǎng)手機(jī)的電池壽命，也可以使電動(dòng)汽車每次充電的續(xù)航里程更長(zhǎng)。

事實(shí)上，工業(yè)界已經(jīng)開始推動(dòng)無(wú)鈷化，最明顯的是特斯拉公司努力消除為其電動(dòng)車提供動(dòng)力的電池中的物質(zhì)。隨著大型政府組織和私營(yíng)公司致力于減少對(duì)鈷的依賴，這種追求變得競(jìng)爭(zhēng)激烈也就不足為奇了。研究人員認(rèn)為，他們已經(jīng)避免了阻礙其他無(wú)鈷高能電池嘗試的問(wèn)題，這些問(wèn)題的創(chuàng)新則在于材料的正確組合和對(duì)其分布的精確控制。