據(jù)最新一期的《自然·材料》報道，為了開發(fā)鋰基電池的替代品，減少對稀有金屬的依賴，美國佐治亞理工學(xué)院研究人員開發(fā)出一種有前景的新型陰極和電解質(zhì)系統(tǒng)，用低成本的過渡金屬氟化物和固體聚合物電解質(zhì)代替昂貴的金屬和傳統(tǒng)的液體電解質(zhì)。

新型陰極由氟化鐵活性材料和固體聚合物（一種塑料）電解質(zhì)納米復(fù)合材料制造。為制造這種陰極，研究人員開發(fā)了一種將固體聚合物電解質(zhì)滲透到預(yù)制氟化鐵電極中的方法，然后熱壓整個結(jié)構(gòu)，以增加密度并減少空隙。聚合物基電解質(zhì)有兩個突出優(yōu)點，一是其在循環(huán)時彎曲和適應(yīng)氟化鐵溶脹的能力強，二是能與氟化鐵形成非常穩(wěn)定的柔性界面，解決了先前電池設(shè)計中使用氟化鐵出現(xiàn)的膨脹和大量副反應(yīng)等關(guān)鍵問題。

研究人員測試了新型固態(tài)電池的幾種變體，以分析其在50℃高溫下超過300次充電和放電循環(huán)的性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，增強電池性能的關(guān)鍵是固體聚合物電解質(zhì)。當與固體聚合物電解質(zhì)一起使用時，即使在高溫下，金屬氟化物也顯示出非凡的穩(wěn)定性。這有望帶來更安全、更輕和更便宜的鋰離子電池。此外，氟化鐵的鋰容量是傳統(tǒng)鈷基或鎳基陰極的兩倍多。而且鐵比鈷便宜300倍，比鎳便宜150倍。

未來，研究人員將繼續(xù)改進和開發(fā)新的固體電解質(zhì)，以實現(xiàn)快速充電，并在新設(shè)計中融合固體和液體電解質(zhì)，以與大型電池工廠中使用的傳統(tǒng)電池制造技術(shù)完全兼容。

總編輯圈點

無論是純電動汽車還是可再生能源電池，稀有金屬都是必要材料。這導(dǎo)致爭奪鈷和鎳等原料的競爭日趨激烈，甚至確保稀有金屬已經(jīng)是國家性課題。因此科學(xué)家們才著手發(fā)掘替代品，以緩解依賴。新研究現(xiàn)在已經(jīng)表現(xiàn)出巨大潛力，但下一步，研究者必須要讓新型電池與以往稀有金屬做電極的鋰電池具有同等的容量，且衰減也符合要求，才能真正考慮商品化生產(chǎn)。