外媒報道，一組研究人員試圖通過證明鐵可以代替鈷和鎳用作鋰離子電池的陰極材料來引發一場綠色電池革命。
俄勒岡州立大學聯合首席研究員 Xiulei 'David' Ji 在一份媒體聲明中表示：“我們改變了*便宜的金屬商品鐵金屬的反應性。我們的電極可以提供比電動汽車中*先進的陰極材料更高的能量密度。而且由于我們使用鐵，其成本可能不到每公斤一美元——只是鎳和鈷的一小部分，而鎳和鈷在目前的高能鋰離子電池中是必不可少的——我們的電池成本可能會低得多。”
目前，陰極占鋰離子電池制造成本的 50%。除了經濟性之外，鐵基陰極還能提高安全性和可持續性。
隨著越來越多的鋰離子電池被生產用于電動交通運輸領域，全球對鎳和鈷的需求飆升。 吉指出，預計在未來幾十年內，鎳和鈷的短缺將阻礙目前的電池生產。
此外，這些元素的能量密度已經達到了上限，如果進一步提高，充電過程中釋放的氧氣可能會導致電池起火，而且鈷是有毒的，這意味著如果它從垃圾填埋場滲出，可能會污染生態系統和水源。
吉說，綜合所有這些，就很容易理解全球對新型、更可持續的電池化學技術的追求。
工作原理
電池由兩個電極組成——陽極和陰極，通常由不同的材料制成——以及隔膜和電解質，電解質是一種允許電荷流動的化學介質。在電池放電過程中，電子從陽極流入外部電路，然后在陰極處收集。
正如其名稱所示，在鋰離子電池中，電荷通過鋰離子傳輸，在放電過程中，鋰離子會通過電解質從陽極移動到陰極，充電過程中再返回。
“我們的鐵基陰極不會受到資源短缺的限制，”吉說，他解釋說，鐵除了是地球上質量*常見的元素外，還是地殼中第四豐富的元素。“直到太陽變成紅巨星，我們的鐵都不會耗盡。”
季教授與來自多所大學和國家實驗室的合作者設計了一種基于氟和磷酸根陰離子（帶負電荷的離子）混合物的化學環境，提高了陰極中鐵的反應性。
該混合物充分混合成固體溶液，可實現鐵粉、氟化鋰和磷酸鋰的細混合物轉化為鐵鹽的可逆轉化——這意味著電池可以充電。
“我們已經證明，采用陰離子設計的材料可以突破電池能量密度的上限，使電池更具可持續性，成本更低，”Ji 說道。“我們不會將一些更昂貴的鹽與鐵結合使用，而只是使用電池行業一直在使用的鹽和鐵粉。要將這種新的陰極投入使用，無需改變其他任何東西，無需新的陽極、新的生產線、新的電池設計。我們只是更換了一樣東西，即陰極。”
然而，存儲效率仍需改進。目前，充電時輸入電池的電量并非全部都可以在放電時使用。改進后，電池的性能將比目前使用的電池好得多，成本更低，更環保。
“如果有資金投入這項技術，它很快就會實現商業化，”Ji 說道。“我們需要行業內的遠見卓識者將資源投入到這一新興領域。世界可以擁有一個基于一種與鈷和鎳相比幾乎免費的金屬的陰極行業。雖然你必須努力回收鈷和鎳，但你甚至不必回收鐵——如果你放任不管，它只會變成鐵銹。”
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