眾所周知，大多數(shù)電動汽車都是由鋰離子電池驅(qū)動的，鋰離子從正極（陰極）流向負(fù)極（陽極）時，鋰離子就會被充電。在大多數(shù)鋰離子電池中，陰極含有鈷，這種金屬具有很高的穩(wěn)定性和能量密度。

然而，鈷有明顯的缺點。作為一種稀缺金屬，鈷的價格可能會大幅波動，而世界上大部分鈷礦床都位于政治不穩(wěn)定的國家。鈷的開采創(chuàng)造了危險的工作條件，并產(chǎn)生有毒廢物，污染了礦山周圍的土地、空氣和水。

也正因為如此，大量的研究都在試圖開發(fā)替代電池材料。其中一種材料是磷酸鐵鋰（LFP），一些汽車制造商開始在電動汽車中使用這種材料。雖然LFP在實際應(yīng)用中確實很有用，但它的能量密度只有鈷電池和鎳電池的一半左右。

有機(jī)材料

另一個吸引人的選擇是有機(jī)材料，但到目前為止，大多數(shù)有機(jī)材料都無法與含鈷電池的導(dǎo)電性、存儲容量和壽命相匹配。由于它們的導(dǎo)電性低，這些材料通常需要與聚合物等粘合劑混合，以幫助它們保持導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。這些粘合劑至少占總材料的50%，降低了電池的存儲容量。

大約六年前，Dincǎ的實驗室在蘭博基尼的資助下開始研究一個項目，開發(fā)一種可用于為電動汽車提供動力的有機(jī)電池。在研究部分有機(jī)和部分無機(jī)的多孔材料時，Dincǎ和他的學(xué)生意識到，他們制造的一種完全有機(jī)的材料似乎可能是一種強(qiáng)導(dǎo)體。

這種材料由多層TAQ（雙四氨基苯醌）組成，TAQ是一種有機(jī)小分子，包含三個融合的六邊形環(huán)。這些層可以向各個方向向外延伸，形成類似石墨的結(jié)構(gòu)。在分子中有被稱為醌的化學(xué)基團(tuán)，它們是電子儲存庫，還有胺，它們幫助材料形成強(qiáng)氫鍵。

這些氫鍵使這種材料非常穩(wěn)定，溶解性極差。這種不溶解性很重要，因為它可以防止材料像某些有機(jī)電池材料那樣溶解到電池電解質(zhì)中，從而延長其使用壽命。

“有機(jī)材料降解的主要方法之一就是，將它們簡單地溶解在電池電解質(zhì)中，并‘穿越’到電池的另一邊，本質(zhì)上造成短路。如果你讓材料完全不溶，這個過程就不會發(fā)生，所以我們可以在最小的退化情況下進(jìn)行2000多次充電循環(huán)?！彼麄冋f。

強(qiáng)大的性能

對這種材料的測試表明，它的導(dǎo)電性和存儲容量與傳統(tǒng)的含鈷電池相當(dāng)。此外，具有TAQ陰極的電池可以比現(xiàn)有電池更快地充電和放電，這可能會加快電動汽車的充電速度。

為了穩(wěn)定有機(jī)材料，并增加其粘附在電池的電流收集器（由銅或鋁制成）上的能力，研究人員添加了纖維素和橡膠等填充材料。這些填充物占陰極復(fù)合材料的比重不到十分之一，所以它們不會顯著降低電池的存儲容量。

當(dāng)鋰離子在電池充電時流入陰極時，這些填料還可以防止陰極破裂，從而延長電池的使用壽命。

據(jù)悉，制造這種陰極所需的主要材料是醌前體和胺前體，它們已經(jīng)作為商業(yè)化學(xué)品大量生產(chǎn)。研究人員估計，組裝這些有機(jī)電池的材料成本可能是鈷電池成本的三分之一到一半。

未來，他們計劃繼續(xù)開發(fā)替代電池材料，并正在探索用鈉或鎂替代鋰的可能性，鈉或鎂比鋰更便宜，儲量也更豐富。