作為地球上儲(chǔ)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(dòng)汽車中的鋰離子電池在一定程度上會(huì)依賴鈷，此種藍(lán)灰色金屬可以安全地為電池提供更多電力，但也帶來(lái)了一個(gè)問(wèn)題，即鈷的價(jià)格昂貴，還往往需要在政治不穩(wěn)定的地區(qū)進(jìn)行開采。隨著儲(chǔ)能市場(chǎng)的增長(zhǎng)，研究人員開始尋找對(duì)鈷依賴程度更低或者完全不依賴于鈷的電池化學(xué)物質(zhì)。
（圖片來(lái)源：newswise.com）
據(jù)外媒報(bào)道，美國(guó)能源部阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)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?yàn)殄i是地球上儲(chǔ)量最豐富的金屬之一。該項(xiàng)研究由美國(guó)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(dòng)汽車，還可以用于電網(wǎng)（風(fēng)能、太陽(yáng)能等變化性能源資源也需要利用電池存儲(chǔ)）和其他行業(yè)。
對(duì)替代性材料的探索集中于電池陰極材料。當(dāng)電池處于充電狀態(tài)時(shí)，鋰離子會(huì)穿過(guò)電解質(zhì)從陰極流向陽(yáng)極，在放電時(shí)，該過(guò)程又會(huì)逆轉(zhuǎn)。阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)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(chǔ)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(guó)家實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部一個(gè)獲得資助的技術(shù)成熟項(xiàng)目的支持下，研究人員正在改進(jìn)NMC技術(shù)，要改進(jìn)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(shí)降低成本。
在過(guò)去幾年中，研究此類材料的大部分工作都在阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室科學(xué)用戶設(shè)施——先進(jìn)光子源（APS）上進(jìn)行，能夠讓科學(xué)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(yùn)行過(guò)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(wèn)題。雖然鎳的儲(chǔ)量比鈷豐富得多，但是目前適用于電池的鎳還不到總儲(chǔ)量的五分之一。隨著需求上升，鎳的供應(yīng)量會(huì)比想象的要少得多，從而導(dǎo)致鎳價(jià)飆升，因?yàn)樗腥硕紩?huì)轉(zhuǎn)向研究富含鎳的電池化學(xué)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(jiàn)的情況一樣，只是針對(duì)電池一個(gè)或兩個(gè)方面的改進(jìn)需要權(quán)衡利弊。在此種情況下，增加錳和鋰含量會(huì)降低陰極的穩(wěn)定性，而且隨著時(shí)間的推移，電池性能就會(huì)發(fā)生變化。
阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員正在設(shè)計(jì)和測(cè)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(wèn)題。
