新联盟致力于使电动汽车电池更具可持续性——无序岩盐(DRX)正极的开发

锂电联盟会长 2023-11-03 12:32

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电动汽车锂离子电池组。锂离子电池可以通过无序岩盐(DRX)获得显著的能量密度提升,这是一种多用途电池材料,几乎可以用任何过渡金属而非镍和钴制成。
要点:
一种名为无序岩盐(DRX)的新电池材料可能加快替代汽油车辆为电动汽车的速度。
DRX正极可能为锂离子电池提供比传统的镍和钴制正极更高的能量密度,使电动车辆的电池更具可持续性。
新的电池材料通常需要几十年才能商业化,但研究人员希望在几年内展示出商业就绪的DRX正极。
由劳伦斯伯克利国家实验室(Berkeley Lab)领导的一组美国顶尖电池科学家联盟将加速推动一种名为DRX或“无序岩盐”的新型电池正极材料的商业化进程。
DRX正极可能为电池提供比传统的由镍和钴制成的锂离子电池正极更高的能量密度,而这两种金属目前供应极度短缺。
美国能源部(DOE)已将减少或消除电池中钴的使用作为一项重要任务。为支持这一倡议,DRX联盟专注于制造由锰或钛制成的DRX正极,这两种金属相对较为丰富且更便宜,而不是镍或钴。采用DRX正极制造的锂电池可以保护汽车行业和消费者免受供应限制导致的价格上涨的影响。
“DRX正极几乎可以用任何过渡金属制成,而不是镍和钴。如果我们希望取代汽油车辆为电动汽车,这种多用途性至关重要,”首席研究员Gerbrand Ceder表示。伯克利实验室资深科学家和加州大学伯克利分校材料科学与工程教授与联合电池科学家Guoying Chen一起共同领导了DRX联盟。
伯克利实验室电池科学家Gerbrand Ceder(左)和Guoying Chen共同领导DRX联盟。(图片来源:Marilyn Sargent/伯克利实验室)
去年秋天成立的DRX联盟,由来自伯克利实验室、SLAC国家加速器实验室、太平洋西北国家实验室、阿贡国家实验室、奥克里奇国家实验室和加利福尼亚大学圣芭芭拉分校等约50名科学家组成,从美国能源部能源效率与可再生能源办公室的车辆技术办公室获得了2000万美元的资助。这笔资金将通过2025年每年分四次拨付,以帮助该联盟开发DRX电池正极,这些正极有望表现得至少不逊于今天的锂离子电池中使用的NMC(镍-锰-钴)正极。
“DRX为电池正极提供了更可持续、更丰富和更便宜的矿产资源,”Ceder表示。“锂离子电池是一种非常出色的能量储存技术,但为了保持竞争力,它需要朝着每年生产数太瓦时电量的方向发展。如果没有DRX,要维持当前技术,锂离子电池将需要大量的镍和钴。”
“DRX可能成为电池正极的首选材料,”Chen补充说。“我们已经具备了成本和资源的优势,现在我们需要做的就是提高性能。”
使用DRX实现交通领域的脱碳
DRX仍然是一项非常年轻的技术 - Ceder和他的团队在不到10年前,即2014年,作为对迅速增长的锂离子电池行业的回应,开发了DRX。新的电池技术通常需要20至30年才能成熟。但DRX正朝商业化的不同寻常的快速道路前进。
Ceder和Chen在一个名为“深度挖掘”的为期四年的计划中展示了DRX的潜力,该计划也得到了美国能源部车辆技术办公室的资助。该计划于2022年结束,不久之后成立了联盟,旨在在不到5年的时间内展示出商业就绪的DRX正极。
这种紧迫感正值清洁能源转型之际。美国的目标是到2030年,将销售的所有新汽车中的一半都变成零排放车辆,包括电池电动车、插电混合动力车或燃料电池电动车。加利福尼亚州规定,从2035年开始,所有新车必须是零排放车辆。
为实现这一雄心勃勃的目标,Ceder和Chen成立了DRX联盟,吸纳了来自全国各地以及国家实验室体系的顶级电池科学家来提供支持。
美国能源部国家能源研究科学计算中心(NERSC)的研究人员将通过计算建模来帮助团队确定锰和钛的最佳组合。奥克里奇国家实验室和阿贡国家实验室的研究人员将负责化学合成和将材料扩大至工业规模。太平洋西北国家实验室将开发与DRX兼容的电解质。伯克利实验室的分子铸造实验室、SLAC国家加速器实验室和加州大学圣塔芭芭拉分校的研究人员将协助进行材料特性表征。
“DRX正极几乎可以用任何过渡金属制成,而不是镍和钴。如果我们想要取代汽油车辆为电动车辆,这种多用途性至关重要。”
- Gerbrand Ceder,伯克利实验室资深科学家,材料科学部
作为计算材料发现的先驱,Ceder及其团队通过计算模型实验发现了DRX,其中很多实验是在NERSC进行的。
伯克利实验室的Vince Battaglia及其团队将通过制备各种钛或锰的DRX按钮电池,测试Ceder的DRX正极“配方”。其想法是改善材料的电子导电性,这对确保DRX锂离子电池不仅具有高能量密度,而且具有较长的循环寿命(电池在开始出现故障之前可以充放电的次数)至关重要。
Battaglia表示:“在我的实验室,我们可以同时测试数百个锂离子钮扣电池。我们试图在尽可能最好的环境中制造电池,以便真正了解材料本身的性能。这些电池制造过程被扩大,以模拟实际场地中可能发挥作用的制造过程。”
DRX的发展最新篇章正值全球各国寻找可行解决方案以防止全球变暖进一步恶化的关键时刻。
交通部门是全球温室气体排放最严重的部门之一,占据了加利福尼亚州温室气体排放的一半、美国温室气体排放的三分之一和全球温室气体排放的五分之一。在加利福尼亚,汽油车尾气排放是温室气体排放的主要来源。
气候科学家表示,用电动汽车取代汽油车辆可能是快速实现交通部门脱碳的最有效途径之一。
根据联合国气候变化政府间小组的最新报告,除非到2030年将温室气体排放减半,否则世界很快将会出现比工业化前水平高1.5摄氏度(2.7华氏度)的气温升高。
Ceder表示,DRX可能在实现交通部门脱碳方面起到关键作用。“DRX是一项非常有前途的技术,可以提供可靠而廉价且丰富的能源储存。但这必须尽快发生 - 不是在30年后,而是现在。我们没有时间等待 - DRX联盟将帮助我们实现这一目标,”他说。分子铸造实验室和NERSC是伯克利实验室的美国能源部科学办公室用户设施。
资料来源:
https://newscenter.lbl.gov/2023/09/11/new-consortium-to-make-ev-batteries-more-sustainable/
翻自:智能电池科技
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