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俄勒冈州立大学的最新研究介绍了铁作为锂离子电池可行的、具有成本效益的正极材料，有可能减少对钴和镍等昂贵金属的依赖，同时提高电池的安全性和可持续性。信贷:SciTechDaily

新的研究引入了一种铁钡用于锂离子电池的Sed阴极，与传统电池相比，成本更低，安全性更高部分材料。

一项由俄勒冈州立大学化学研究员姬秀磊(音)共同领导的合作计划介绍了铁作为锂离子电池可行且可持续的正极材料，有可能取代昂贵的钴和镍等材料。这一创新保证了更高的能量密度、更低的成本和更高的安全性。铁的丰富保证了稳定的供应，使这一发展成为迈向更可持续电池技术的关键一步。

最近发表在《科学进展》(Science Advances)杂志上的一篇文章详细介绍了这项研究，它之所以重要，有几个原因。Ji解释说:“我们已经改变了铁这种最便宜的金属商品的反应性。我们的电极可以提供比电动汽车中最先进的阴极材料更高的能量密度。而且，由于我们使用的是每公斤成本不到一美元的铁，而镍和钴是目前高能锂离子电池不可或缺的一小部分，因此我们的电池成本可能会低得多。”

生态经济与环境铁钡的政府效益sed阴极

目前，阴极占生产锂离子电池成本的一半。铁基阴极不仅可以降低成本，还可以提高电池的安全性和可持续性。随着电动汽车对锂离子电池的需求不断增加，全球镍和钴的供应正变得捉襟见肘，预计短缺将威胁到未来的生产。

此外，这些元素的能量密度已经达到了极限。如果推得更远，充电过程中释放的氧气可能会导致电池着火。此外，钴是有毒的，这意味着如果它从垃圾填埋场中渗出，它会污染生态系统和水源。

纪说，把所有这些放在一起，就很容易理解全球对新的、更可持续的电池化学物质的追求。

由俄勒冈州立大学化学研究员David Ji共同领导的一项研究表明，铁可以代替钴和镍作为锂离子电池的正极材料，希望能引发一场绿色电池革命。资料来源:俄勒冈州立大学，姬秀蕾

了解电池组成宗旨及功能

电池以化学能的形式储存能量，并通过反应将其转化为汽车、笔记本电脑和其他设备和机器所需的电能。电池有多种类型，但大多数都以相同的基本方式工作，并包含相同的基本组件。

电池由两个电极组成——阳极和阴极，通常由不同的材料制成——还有分离器和电解质，一种允许电荷流动的化学介质。在电池放电时，电子从阳极流入外部电路，然后在阴极收集。

在锂离子电池中，正如它的名字所暗示的那样，当锂离子在放电过程中从阳极移动到阴极，并在充电过程中再次移动时，电荷通过锂离子携带。

“我们的铁基阴极不会受到资源短缺的限制，”纪说，他解释说，铁除了是地球上最常见的元素(以质量衡量)外，还是地壳中含量第四丰富的元素。“在太阳变成红巨星之前，我们不会耗尽铁。”

创新的化学设计提高了铁的反应性

Ji和来自多所大学和国家实验室的合作者通过设计一种基于氟和磷酸盐阴离子(带负电荷的离子)混合的化学环境，提高了阴极中铁的反应性。

这种混合物完全混合成固体溶液，可以将铁粉、氟化锂和磷酸锂的精细混合物可逆转化为铁盐，这意味着电池可以充电。

他说:“我们已经证明，用阴离子设计的材料可以打破能量密度的上限，使电池更具可持续性，成本更低。”“我们没有使用更昂贵的盐和铁一起使用，而是使用电池行业一直在使用的盐和铁粉。为了将这种新的阴极投入应用，人们不需要改变任何其他东西——不需要新的阳极，不需要新的生产线，不需要新的电池设计。我们只是在替换一样东西，阴极。”

未来展望与环境nmental影响

他说，存储效率仍有待提高。目前，并不是所有在充电时输入电池的电量都能在放电时使用。当这些改进得以实现时(Ji预计会实现)，结果将是一种比目前使用的电池性能更好、成本更低、更环保的电池。

他说:“如果对这项技术进行投资，它应该不会花很长时间就能商业化。”“我们需要业内有远见的人士将资源分配到这个新兴领域。世界上可以有一个阴极工业，这种金属与钴和镍相比几乎是免费的。虽然你必须非常努力地回收钴和镍，但你甚至不必回收铁——如果你放任不管，它就会变成铁锈。”

参考文献:“利用阴离子固溶体解锁作为可持续锂离子电池阴极的铁金属”，作者:于明亮，王晶，雷明，钟敏苏，卓增清，杨宇飞，郑雪丽，Sean Sandstrom，王春生，杨万里，蒋德恩，刘同超，季秀蕾，2024年5月23日，《科学进展》。DOI: 10.1126 / sciadv.adn4441

美国能源部的基础能源科学项目资助了这项研究，由阿贡国家实验室的刘彤超共同领导，俄勒冈州立大学的俞明亮、郑明洙和肖恩·桑德斯托姆也参与了这项研究。来自范德比尔特大学、斯坦福大学、马里兰大学、劳伦斯伯克利国家实验室和SLAC国家加速器实验室的科学家也做出了贡献。