許多電動車都是由含有鈷的電池驅動的，這種金屬會帶來高昂的財務、環境和社會成本。有鑑於此，麻省理工學院（MIT）的研究人員現在設計了一種電池材料，可以為電動車提供更永續的動力。新的鋰離子電池將包括一個基於有機材料的陰極，而不是鈷或鎳。

在一項新的研究中，研究人員表明，這種材料的生產成本比含鈷電池低得多，而且可以以與鈷電池相似的速率導電。研究人員報告說，這種新電池還具有相當的儲存容量，並且可以比鈷電池更快充電。

「我認為這種材料可能會產生很大的影響，因為它的效果非常好，」該研究論文資深作者、麻省理工學院教授Mircea Dincǎ說：「與現有技術相比，它已經具有競爭力，而且它可以節省大量成本、痛苦和與開採目前用於電池的金屬相關的環境問題。”

眾所周知，大多數電動車都是由鋰離子電池驅動的，鋰離子從正極（陰極）流向負極（陽極）時，鋰離子就會充電。在大多數鋰離子電池中，陰極含有鈷，這種金屬具有很高的穩定性和能量密度。

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於政治不穩定的國家。鈷的開採創造了危險的工作條件，並產生有毒廢物，污染了礦場周圍的土地、空氣和水。

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

有機材料

另一個吸引人的選擇是有機材料，但到目前為止，大多數有機材料都無法與含鈷電池的導電性、儲存容量和壽命相匹配。由於它們的導電性低，這些材料通常需要與聚合物等黏合劑混合，以幫助它們保持導電網絡。這些黏合劑至少佔總材料的50%，降低了電池的儲存容量。

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，開發一種可用於為電動車提供動力的有機電池。在研究部分有機和部分無機的多孔材料時，Dincǎ和他的學生意識到，他們製造的一種完全有機的材料似乎可能是強導體。

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

這些氫鍵使這種材料非常穩定，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電池材料一樣溶解到電池電解質中，從而延長其使用壽命。

「有機材料降解的主要方法之一是，將它們簡單地溶解在電池電解質中，並『穿越』到電池的另一邊，本質上造成短路。如果你讓材料完全不溶，這個過程就不會發生，所以我們可以在最小的退化情況下進行2000多次充電循環。」他們說。

強大的性能

對這種材料的測試表明，它的導電性和儲存容量與傳統的含鈷電池相當。此外，具有TAQ陰極的電池可以比現有電池更快地充電和放電，這可能會加快電動車的充電速度。

為了穩定有機材料，並增加其粘附在電池的電流收集器（由銅或鋁製成）上的能力，研究人員添加了纖維素和橡膠等填充材料。這些填充物佔陰極複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儲存容量。

當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。

據悉，製造這種陰極所需的主要材料是醌前體和胺前體，它們已經作為商業化學品大量生產。研究人員估計，組裝這些有機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，他們計劃繼續開發替代電池材料，並正在探索用鈉或鎂取代鋰的可能性，鈉或鎂比鋰更便宜，儲量也更豐富。