麻省理工又有新突破？鋰電成本直砍一半！充電6分鐘循環2000次

美國麻省理工學院（MIT）又有一項新的突破，開發出一種不需要鈷的有機正極材料，可以在能量密度不減的情況下，直接把現有鋰離子電池的成本降到一半甚至1/3，並且可以實現6分鐘充放電，以及超過2000次的更長循環壽命。

目前大多數電動汽車使用的電池裏都含有鈷，不僅價格昂貴，而且開採過程中存在環境和社會成本。科學家們一直在尋找替代材料，比如鋰鐵磷酸鹽（LFP）已開始在電動汽車中使用，但能量密度僅有鈷鎳電池的一半左右，導致續航里程的縮短。

科學家們於是想到了地球上豐富而又便宜的有機材料，理論上它們可以作爲鋰離子、鈉離子甚至鋅離子電池正極材料的理想替代品，然而有機材料又有電導性較差、實際儲能容量低或循環性能差等短板，迄今爲止仍然沒有可以與無機正極材料競爭的應用。

幾年前，麻省理工能源教授米爾恰·丁卡（Mircea Dincă）的實驗室在爲一個蘭博基尼資助的項目開發電動汽車有機電池時，偶然發現了一種名爲TAQ（雙四氨基苯醌）的全有機材料，表現出極爲強大的導電性。

這種材料具有類似石墨的多層結構，其化學組成中的醌和胺基團讓材料具有高穩定性和不溶性，從而可以延長電池的使用壽命。這是因爲有機材料的主要退化方式，就是會溶解到電解液中，穿過隔膜到另一極，從而造成短路，降低電池性能，縮短電池使用壽命。

在對這種材料的測試中，研究人員發現，經過優化的TAQ正極材料具有306毫安時/克的儲能容量，以及765瓦時/千克的能量密度，不僅超過了大多數基於鈷的正極，而且能在短至6分鐘內完成充放電。更令人驚異的是，在經過了2000次充放電循環後，電池仍然只有極小的性能退化，這意味着通過改善有機電極材料的穩定性，可以顯著提高鋰離子電池的壽命和可靠性，使它們成爲更加可持續和長效的能源存儲解決方案。

這是一個什麼概念呢？這意味着TAQ有機複合材料的導電性和儲能能力都與傳統含鈷電池相當，而充放電速度比現有電池更快，可以加快電動汽車的充電速率。雖然爲了提高材料的穩定性，以及與電池電流收集器（通常由銅或鋁製成）的附着力，研究人員添加了少量纖維素和橡膠等填充材料，但這些填料只佔正極複合物總量的不到十分之一，所以不會顯著降低電池的儲存容量。

最關鍵的是，製造這類正極所需的主要材料是醌前體和胺前體，都是已經在大量生產和應用的商業化學物，研究人員估計，組裝這些有機電池的材料成本，可能只是鈷電池成本的三分之一到一半！這意味着在所有相關指標上，這種正極材料都可以和現有鋰離子電池正極形成競爭。

目前蘭博基尼已經獲得了這項技術的專利許可，丁卡教授的實驗室準備繼續開發其他替代電池材料，並探索用鈉或鎂替代鋰，進一步降低鋰離子電池的成本，這是要對現有鋰電體系進行降維打擊嗎？

不過這項技術還處於實驗室階段，能不能應用還是一個未知數，即使能夠應用，可能也還有很長的路要走。

這項研究發表在1月18日《ACS Central Science》雜誌上。