目前電動汽車的電池中需要使用鈷。這種金屬的儲量有限，而且成本較高。據外媒報道，為了找到不依賴鈷的其他鋰離子電池解決方案，美國能源部(doe)阿貢國家實驗室的研究人員參與了一項合作研究，以確定潛在的電池正極新材料。

(圖片來源：阿貢實驗室)

這種新型正極不含鈷且穩定，在反復充放電時，不會出現裂紋等問題。

作為電池的構成部分，鈷具有熱穩定性，即使加熱到更高的溫度，也能正常工作，并提供結構穩定性。研究人員一直在尋找不同的材料，既具有同等優勢，而不存在鈷的缺陷。

在這項新研究中，由加州大學歐文分校(university of california, irvine)負責的研究團隊制造并分析了一種鋰離子正極材料，這種材料不使用鈷，而是富含鎳。另外，這種正極的化學成分較復雜，含有少量其他金屬(包括鉬、鈮和鈦)。

該團隊使用了先進光子源(aps)的資源，aps是美國能源部阿貢國家實驗室的科學辦公室用戶設施。阿貢物理學家wenqian xu表示：“可以把構建正極想象成用不同種類的磚建造一座房子。使用不同形狀和大小的磚，能夠增強房子的穩定性。使用多種元素，有助于確保正極顆粒的完整性。”

研究人員想要研究這種新型正極的結構和熱穩定性。其他富鎳正極的耐熱性通常較差，可能導致電池材料發生氧化和熱失控，甚至是爆炸現象。此外，高鎳正極可以容納更大的容量，但由于反復擴張和收縮，體積變化很大，可能出現穩定性和安全方面的問題。

為了測試新電池，研究人員使其循環了一千多次。在這個過程中，正極材料的體積膨脹不到0.5%，大約是以前富鎳正極的十分之一。之前的富鎳正極都存在不同程度的穩定性問題。阿貢物理學家tianyi li表示：“保持正極體積的一致性，是確保其穩定性的關鍵。”

這種新型正極材料名為he-lmno。為了表征其耐熱性，加州大學歐文分校的研究人員使用aps的光束線11-id-c，以檢查高溫下材料會發生什么。之前的高鎳正極在高溫下會出現嚴重的納米裂紋。與之不同，lhe-lmno經歷了相變，能夠繼續運行并保持容量。he-lmno中的he代表高熵(指合金中含有大量不同的元素)。

加州大學歐文分校的huolin xin表示，“研究結果表明，高熵效應可以轉移到更廣泛類別的化合物上，這些化合物是構成新電池材料的基礎。”

對于新的電池正極設計，這項研究提出的方法有助于減少下一代鋰離子電池對鈷的依賴。xu表示：“研究人員還沒有發現新的電池。通過在結構中混合不同的過渡金屬，可能會看到更多有趣的正極選項電池。”

為了制造實驗所需的電極，研究人員使用了阿貢的電芯分析、建模和原型(camp)設施。阿貢電池研究人員steve trask表示：“這種方法能夠提供基準電極，并使用試點規模設備驗證有前景的化學物質，對評估先進材料具有重要意義。”