作為地球上儲量最豐富的金屬之一，錳，可以取代電池陰極中昂貴的鈷。目前，電動汽車中的鋰離子電池在一定程度上會依賴鈷，此種藍灰色金屬可以安全地為電池提供更多電力，但也帶來了一個問題，即鈷的價格昂貴，還往往需要在政治不穩(wěn)定的地區(qū)進行開采。隨著儲能市場的增長，研究人員開始尋找對鈷依賴程度更低或者完全不依賴于鈷的電池化學物質(zhì)。
（圖片來源：newswise.com）
據(jù)外媒報道，美國能源部阿貢國家實驗室（Argonne National Laboratory）的研究人員正在研發(fā)一種以錳為中心的技術(shù)，因為錳是地球上儲量最豐富的金屬之一。該項研究由美國能源部汽車技術(shù)辦公室（DOE’s Vehicle Technologies Office）提供資助，不僅可以用于電動汽車，還可以用于電網(wǎng)（風能、太陽能等變化性能源資源也需要利用電池存儲）和其他行業(yè)。
對替代性材料的探索集中于電池陰極材料。當電池處于充電狀態(tài)時，鋰離子會穿過電解質(zhì)從陰極流向陽極，在放電時，該過程又會逆轉(zhuǎn)。阿貢國家實驗室的研究人員已經(jīng)研發(fā)出一種富含鋰的鎳錳鈷（NMC）陰極材料，與傳統(tǒng)的陰極材料相比，儲能能力提高了50%至100%。該技術(shù)已經(jīng)被授權(quán)給通用汽車在內(nèi)的全球制造商，而且通用在其雪佛蘭Volt和Bolt車型中就采用了此種陰極材料。
現(xiàn)在，在阿貢國家實驗室內(nèi)部一個獲得資助的技術(shù)成熟項目的支持下，研究人員正在改進NMC技術(shù)，要改進現(xiàn)有技術(shù)的鋰和錳含量，以提高電池的能量密度和安全性，同時降低成本。
在過去幾年中，研究此類材料的大部分工作都在阿貢國家實驗室科學用戶設(shè)施——先進光子源（APS）上進行，能夠讓科學家們從原子角度，分析電池內(nèi)部發(fā)生的情況。研究人員們還使用X射線光譜和衍射技術(shù)幫助了解電池運行過程中，該材料的表現(xiàn)情況如何。
其他降低鈷含量的策略包括采用更高比例的鎳，但是該方法也有問題。雖然鎳的儲量比鈷豐富得多，但是目前適用于電池的鎳還不到總儲量的五分之一。隨著需求上升，鎳的供應(yīng)量會比想象的要少得多，從而導(dǎo)致鎳價飆升，因為所有人都會轉(zhuǎn)向研究富含鎳的電池化學物質(zhì)。
與陰極鎳含量高的電池相比，陰極含錳豐富的電池更便宜，也更安全，正如電池研究中常見的情況一樣，只是針對電池一個或兩個方面的改進需要權(quán)衡利弊。在此種情況下，增加錳和鋰含量會降低陰極的穩(wěn)定性，而且隨著時間的推移，電池性能就會發(fā)生變化。
阿貢國家實驗室的研究人員正在設(shè)計和測試新型陰極結(jié)構(gòu)、涂層和電解質(zhì)添加劑，以幫助解決這一問題。
