佐治亚理工学院的陈海龙（Hailong Chen）领导的一个多机构研究小组开发出了一种新型低成本阴极，可以从根本上改进锂离子电池有可能改变电动汽车市场和大规模储能系统。
"长期以来，人们一直在寻找一种成本更低、更可持续的材料来替代现有的阴极材料。 这种革命性的材料是氯化铁成本仅为典型阴极材料的 1%-2%，却能存储相同数量的电能。 阴极材料会影响容量、能量和效率，对电池的性能、寿命和经济性起着重要作用。研究团队在Nature Sustainability上介绍了他们的工作。 "20 世纪 90 年代初，索尼公司首次将锂离子电池商业化，引发了智能手机和平板电脑等个人电子产品的爆炸式增长。 该技术最终发展成为电动汽车的燃料，提供了可靠、可充电、高密度的能源。 但与个人电子产品不同的是，电动汽车等大型能源用户对锂电池的成本特别敏感。 目前，电池约占电动汽车总成本的50%，这使得这些清洁能源汽车比内燃、排放温室气体的同类汽车更加昂贵。
制造更好的电池 与老式的碱性电池和铅酸电池相比，锂离子电池以更小的体积储存更多的能量，并能在两次充电之间为设备提供更长时间的电力。 但是，锂电池含有昂贵的金属，包括钴和镍等半贵金属元素，而且制造成本很高。 迄今为止，只有四种类型的锂电池阴极成功实现了商业化。 该项技术将是第五种，它将代表电池技术向前迈进了一大步：开发出全固态锂电池。 传统的锂电池使用液态电解质来传输锂离子，以储存和释放能量。 它们对能量的存储量有严格的限制，而且可能发生泄漏和起火。 但全固态锂电池使用固态电解质，大大提高了电池的效率和可靠性，使其更加安全，并能储存更多能量。 这种电池目前仍处于开发和测试阶段，但将是一个相当大的改进。研究人员开发出了一种经济实惠且可持续的解决方案。 有了三氯化铁阴极、固体电解质和锂金属阳极，他们整个电池系统的成本仅为目前锂电池的 30%-40% 。这不仅能使电动汽车比内燃汽车便宜得多，还能提供一种新型、有前景的大规模储能形式，增强电网的弹性。
新发现的坚实起点 陈博士对氯化铁作为阴极材料的兴趣源于他的实验室对固体电解质材料的研究。 从 2019 年开始，他的实验室尝试使用氯化物基固体电解质和传统的商用氧化物基阴极制造固态电池。 研究人员认为，氯化物基阴极可以与氯化物电解质更好地配对，从而提供更好的电池性能。
目前，电动汽车中最常用的阴极是氧化物，需要大量昂贵的镍和钴，这些重元素可能有毒，并对环境构成挑战。 这项技术距离电动汽车的商业化可能还不到五年时间， 目前，研究小组将继续研究氯化铁和相关材料。
原文链接：Zhantao Liu et al, Low-cost iron trichloride cathode for all-solid-state lithium-ion batteries, Nature Sustainability (2024). DOI: 10.1038/s41893-024-01431-6
