新型锂钠锰氧化物正极 钠/锂共存大幅降低成本

　　在各种电池的竞争中，锂电池毫无争议的取得了最大的认同，包括手机和电动汽车都使用锂电池。

　　但是最近，达拉斯德克萨斯大学与首尔国立大学合作开发的一种新型锂钠锰氧化物材料，能制造成本更为廉价的环保电池，为下一代设备和电动汽车提供能量。

　　埃里克琼森大学的材料科学教授KyeongjaeCho博士表示，电池成本已经成为制约电动汽车发展的重要因素，锂元素存在全球储备有限，开采难度极大的弊端，相对来说，钠元素有着极其丰富的储量，可以直接从海水中提取。但也存在一个不足，即钠的能量密度比锂低20%。

　　电池的能量密度决定了设备的运行时间。可不可以发明一种新材料将钠和锂的优势结合起来，既有高能量密度的优势又成本低廉？基于这种想法，KyeongjaeCho博士及其团队发明了一种新型正极材料，如下图所示，保留了锂离子电池的高能量密度，取代了大部分锂原子(绿色)和钠(黄色)。新材料的分层结构还包括锰(紫色)和氧(红色)。

　　在标准的锂离子电池中，正极极由锂、钴、镍和氧组成，而负极是由石墨制成的。当电池充电时，锂离子通过电解液进入负极，并附在碳上。在放电过程中，锂离子会回到正极，并为运行设备提供电能。

　　KyeongjaeCho说:“几年前，在锂离子电池中使用氧化锰来增加能量密度曾一度被看好，但不幸的是，这种组合将电池变的极不稳定。但我们所研制的锂钠锰氧化物正极材料非常稳定，还保持锂电池的高能量密度。”

　　研究人员基于对其他实验材料的物理和化学知识的了解，用合理的材料设计来解决材料稳定性。他们首先进行计算机模拟，以确定实验室在测试材料之前制造出最有希望的原子结构。KyeongjaeCho和他的同事开发的设计中，用钠取代了正极中的大部分锂，而锰取代了钴和镍等更昂贵、更稀有的元素。这大大降低了生产成本，而且保持了原有的性能。

　　这项研究成果是可以进一步扩展的，这也是该团队现在研究的重点：将这种新材料与商业大规模生产相兼容。

　　KyeongjaeCho表示，他的研究并不仅仅是为了找到更好的电池，过程也同样重要和有趣。“当托马斯爱迪生想要发明一个灯泡时，他尝试了数千种不同的材料。而为了得到满足市场需求的电池，我们也需要一一的尝试，不仅仅是材料，还需要更先进的结构和工艺。”