橡樹嶺國家實驗室的研究人員開發了一種新的陰極系列，有潛力取代目前為電動汽車和消費電子產品供電的鋰離子電池中常見的且價格昂貴的鈷基陰極。

稱為NFA的新類別代表鎳，鐵和鋁基陰極，是鎳酸鋰的衍生物，可用于制造鋰離子電池的正極。這些新穎的陰極被設計為快速充電，能量密集，具有成本效益并且持續時間更長。

隨著全球便攜式電子產品和電動汽車產量的增長，對鋰離子電池的需求量很大。據ORNL領導NFA研究與開發的科學家IliasBelharouak稱，到2030年，預計將有超過1億輛電動汽車在路上。鈷是目前陰極所需的一種金屬，占鋰離子的重要部分。

鈷很少見，而且主要在海外開采，因此很難獲得和生產陰極。所以，尋找可以有效降低成本的鈷替代材料已經成為鋰離子電池研究的重點。

ORNL的科學家測試了NFA類陰極的性能，并確定它們是鈷基陰極的有希望的替代品，如AdvancedMaterials和JournalofPowerSources中所述。研究人員使用中子衍射，莫斯鮑爾光譜學和其他先進的表征技術來研究NFA的原子和微觀結構以及電化學性能。

Belharouak說：“我們對NFA的充電和放電行為的研究表明，這些陰極與鈷基陰極發生相似的電化學反應，并提供足夠高的比容量以滿足電池能量密度的要求。”

盡管有關NFA類的研究仍處于早期階段，但Belharouak表示，他的團隊迄今為止的初步結果表明，下一代鋰離子電池可能不需要鈷。

他說：“我們正在開發一種具有比鈷基陰極相似或更好的電化學特性的陰極，同時利用低成本的原材料。”

Belharouak補充說，不僅NFA的性能和鈷基陰極一樣好，而且NFA陰極的制造工藝可以集成到現有的全球陰極制造工藝中。

他說：“長期以來，人們一直在研究鎳酸鋰作為制造正極材料的選擇，但鎳酸鋰具有固有的結構和電化學不穩定性。”“在我們的研究中，我們用鐵和鋁替代了一些鎳，以增強陰極的穩定性。鐵和鋁是經濟高效，可持續和環保的材料。”

NFA類的未來研究和開發將包括在大幅面電池中測試材料，以驗證實驗室規模的結果，并進一步探索這些陰極在電動汽車中的適用性。

該期刊文章的其他研究人員包括NitinMuralidharan，RachidEssehli，RaphaelHermann，RuhulAmin，CharlJafta，JunjeZhang，LiuLiu，ZhijiaDu，HarryMeyer，EthanSelf，JagjitNanda和YaocaiBai。這項工作是由美國能源部能源效率和可再生能源汽車技術辦公室贊助的。

ORNL由UT-Battelle負責美國能源部科學辦公室的管理，這是美國物理科學基礎研究的最大支持者。美國能源部科學辦公室正在努力應對當今時代最緊迫的挑戰。