电池新突破：岩盐聚阴离子阴极

新研究在提高电池的实际能量密度方面取得了进展。

由于电池在汽车行业的使用不断增加、便携式消费电子产品的日益普及以及严格的环境法规，全球对电池的需求正在上升。因此，预计到 2036 年，全球电池市场将从 2023 年的约 1,200 亿美元增至 8,000 亿美元。

鉴于这一预期增长，研究人员正在不断开发和测试新材料和化学品，以改善电池的关键部件，这些部件会影响能量输出、储能、功率容量和循环容量等性能。

这些组件包括阴极（正极）、阳极（负极）、电解质（用于电极之间的离子传输）和隔膜。  

当今大多数电池供电的设备，例如电动汽车、智能手机和储能系统，都依赖于锂离子电池技术。锂离子电池体积紧凑，可储存大量能量，充电速度快，使用寿命长。

然而，随着对功能更强大的电池的需求不断增长，人们正在研究和开发新技术，以提高效率、降低成本、增强安全性并促进可持续发展。

多年来，不断的研究取得了进步，为锂离子和铅酸电池提供了有前途的替代品。 

钠离子电池提供了一种更实惠、更安全的选择，在较低温度下性能更好。这些电池与锂离子电池类似，但利用盐水作为电解质，使它们更适合能量存储，尽管它们还有待优化。研究人员甚至使用电解质凝胶来使纳米线更具弹性并适合电池使用。 

另一方面，固态电池使用玻璃、陶瓷或聚合物等固体电解质，而不是凝胶或液体电解质。这些电池效率更高、重量更轻、充电速度更快，并且已经用于智能手机和心脏起搏器。丰田和宝马目前正在致力于推出固态电池驱动的汽车，尽管还需要几年的时间。

新电池技术还包括锂硫电池和无钴锂离子电池，锂硫电池具有成本效益，但存在耐久性限制，无钴锂离子电池有助于解决钴矿开采中的人权问题。然而，像 TAQ 这样的替代品仍然是新的，需要更多的测试。

锌基电池也在探索中，技术包括锌二氧化锰、锌空气、锌溴和锌离子电池。然而，它们效率低下，有时会涉及意想不到的化学转化反应，而且制造成本昂贵，需要更多的研究。

随着世界越来越依赖电池，全球科学家都致力于在存储时间、功率输出、生产成本和即时就绪性方面取得突破。

最新电池突破：岩盐聚阴离子阴极

新研究在提高电池的实际能量密度方面取得了进展。上月末发表在《自然能源》上的这项研究题为“集成岩盐-聚阴离子阴极，具有过量的锂和稳定的循环”，由麻省理工学院核科学与工程系进行。

该研究的重点是在无序岩盐中发现的一种新型阴极材料，十多年来，人们一直对这种材料作为用于锂离子电池的先进阴极材料进行研究。 

麻省理工学院的研究人员确保该材料可以为电动汽车、手机和可再生能源存储创造高能、低成本的存储。

由东京电力公司核工程教授 Ju Li 领导的团队发现了 DRXPS，即无序岩盐聚阴离子尖晶石，作为新材料。

这种新型部分无序岩盐阴极与聚阴离子集成，可在高电压下提供高能量密度，并增强循环稳定性。鉴于正极材料的能量密度和循环稳定性之间通常需要权衡，这是一项伟大的成就。

“通过这项工作，我们的目标是通过设计新的阴极化学物质来突破极限。”

– 论文第一作者、NSE 博士后黄一萌

那么新材料家族是如何实现高能量密度和良好循环稳定性的呢？答案在于两种关键正极材料——岩盐和聚阴离子橄榄石的整合。通过将它们结合起来，它能够获得它们的好处。

这里发挥作用的另一个因素是锰 (Mn)，这是一种坚硬的银色金属，在地球上含量丰富，而且比目前阴极中使用的其他元素便宜得多。 

例如，锰的价格比钴 (Co) 便宜约三十倍，比镍 (Ni) 便宜约五倍，这两种材料都常用于电池。此外，锰在实现更高能量密度方面发挥着至关重要的作用。 

“（拥有这样的）地球上丰富的材料是一个巨大的优势。”

– 李，材料科学与工程教授

研究人员表示，这一优势对于需要可再生能源基础设施的零碳未来具有巨大价值。 

电池可以发挥重要作用

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