約克大學(xué)團(tuán)隊(duì)利用廉價(jià)豐富材料取代鈷 更環(huán)保
生產(chǎn)鋰電池要用到鋰和鈷等有毒重金屬，而開采和處理這些金屬，會(huì)對環(huán)境造成不良影響。因此，有機(jī)材料被視為頗具發(fā)展前景的替代品。據(jù)外媒報(bào)道，加拿大約克大學(xué)（York University）的研究人員發(fā)現(xiàn)一種新方法，可以使鋰電池更加環(huán)保，同時(shí)保持性能、穩(wěn)定性和存儲容量。
Thomas Baumgartner教授及其團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種新碳基有機(jī)分子，可以替代鋰離子電池正極中使用的鈷。這種新材料既能保持性能，又可以解決無機(jī)材料的缺陷。
實(shí)驗(yàn)用有機(jī)電極之前已經(jīng)存在，諸如用碳、氮、氧、磷和硫等元素制成的電極。但是，均在不同程度上存在這樣的問題：它們自身的氧化還原反應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致循環(huán)惡化，使其逐漸溶解到電解質(zhì)中，而且導(dǎo)電性低，終端電壓低。
研究小組選擇一種名為紫羅堿（viologen）的化學(xué)物質(zhì)，可以在不受損的情況下釋放電子，甚至可以用兩個(gè)電子達(dá)到同樣的效果，因此存儲容量更大。特別是，自定義電活性磷?；鶚蚪幼狭_堿（PY2PV）的磷酰基部分，使其可以在較高的終端電壓下工作，而不會(huì)失去容納兩個(gè)電子的能力。用來降低電極電阻的單壁碳納米管（SWCNTs），也是電極的構(gòu)成部分。
這項(xiàng)研究的新穎之處在于，將芘合成到電活性磷?；鶚蚪幼狭_堿分子中。芘與 SWCNTs的親和力很強(qiáng)，并通過物理吸附與之結(jié)合，形成PY2PV:SWCNT復(fù)合物。這種結(jié)合可以防止電活性磷?；鶚蚪幼狭_堿溶解到電解液中，解決了上述常見有機(jī)電極問題。而且，這種結(jié)合可以形成緊密耦合，而不是簡單的混合，從而促進(jìn)紫羅堿分子和SWCNTs 之間的固態(tài)電子轉(zhuǎn)移，同時(shí)不減少電子存儲容量。研究團(tuán)隊(duì)證明，這種材料可以充放電500次，實(shí)現(xiàn)長期穩(wěn)定運(yùn)行。
Baumgartner表示：“由有機(jī)材料制成的電極，可以進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)、回收或處理，而且更加環(huán)保。我們的目標(biāo)是制造出穩(wěn)定的可持續(xù)性電池，具有同樣甚至更好的容量。我們制造的這一類特殊分子，使電活性成分非常適合應(yīng)用于電池，因?yàn)樯糜趦Υ骐姾桑揖哂辛己玫拈L期穩(wěn)定性。我們對這種電活性成分進(jìn)行優(yōu)化，并將其置于電池中。它能夠產(chǎn)生良好的電壓，高達(dá)3.5V，這正是目前鋰電池的工作電壓段。這是向制造全有機(jī)可持續(xù)電池邁進(jìn)的重要一步?！?/span>