增強鋰離子電池的高鎳層狀氧化物陰極

鋰基電池可用于為大多數現有的電動汽車提供動力，但是它們在需要充電之前可以保持汽車行駛的時間仍然受到一定限制。將來，高鎳層氧化物陰極材料將有助于增加電動汽車的行駛里程，從而能夠開發出更便宜，性能更好的鋰離子電池。

目前，大多數可商購的鋰離子電池在其一個電極中使用了大量的鈷。然而，鈷是昂貴的并且本質上不是特別豐富，這顯著增加了鋰基電池的制造成本。

世界各地的科學家最近一直在嘗試尋找新的設計策略，以促進這些電池的廣泛使用，因為這反過來又可以降低電動汽車的價格，并增加其大規模采用的可能性。最終可以通過確定可用于鋰基電池的更豐富的材料，提出新穎的成分，設計新的生產工藝并引入替代的結構設計來最終實現。

在《自然能源》上發表的一篇論文中，德克薩斯大學奧斯汀分校的研究人員概述了高鎳層氧化物陰極的幾個設計考慮因素，這些陰極可在未來十年左右的時間內應用于鋰基電池。他們的研究總結了試圖最大程度地提高高鎳層氧化物陰極的能量輸出時通常遇到的一些挑戰，同時還比較了一些新的設計以創建具有零鈷化學性質的鋰基電池。

進行這項研究的研究人員之一Arumugam Manthiram告訴TechXplore：“隨著交通運輸業電氣化的發展，鈷的可獲得性和可承受性可能會成為鋰離子電池廣泛商業化的障礙。” “因此，我們研究的關鍵目標是減少或消除鋰離子電池電極中的鈷并增加鎳。”

在電極中使用鎳代替鈷的主要優點是價格便宜且更容易找到。此外，與具有大量鈷的陰極相比，具有高鎳含量的電極可實現更高的電荷存儲容量，能量密度以及更長的電荷間操作時間。

然而，不幸的是，含有大量鎳的層狀氧化物陰極可能很難合成，同時仍保持良好的性能。在他們的研究中，Manthiram和他的同事們提出了一系列可以優化這些當前合成工藝的策略。

曼思拉姆說：“我們最有意義的成就是，我們能夠合成高鎳含量和低鈷含量的電極材料，并在鋰離子電池中具有良好的性能。” “但是，鎳含量高的電極材料在暴露于空氣中時很容易降解。目前，我們致力于穩定它們，以在空氣中實現更好的穩定性。”

Manthiram和他的同事進行的研究概述了許多有價值的設計考慮因素，這些考慮因素很快將使使用高鎳層氧化物陰極的廉價，性能更好的鋰基電池的開發成為可能。研究人員還對穩定技術進行了總體評估，該技術可能會促進鋰離子電池的廣泛使用，幫助世界各國實現其汽車電氣化目標。

曼西拉姆說：“我們現在專注于進一步優化我們開發的電極材料的成分和穩定性，以及擴大其規模。”