隨著時間的推移，我們的現(xiàn)代世界越來越依賴電池電量和存儲。到2030年，這個新的電氣化世界預計每年將消耗多達10太瓦時(TWh)的電池。到2021年，我們將使用約0.5TWh。由于這些預測，人們擔心原材料是否可以滿足這一需求。由鋰離子(Li-ion)技術制成的電池已成為近代（并將用于未來）的主要技術，包括鎳和鈷，其供應在全球范圍內(nèi)受到極端限制。

美國伯克利國家實驗室的科學家們在使用新材料制造電池陰極方面取得了進展，該材料提供的能量與普通鋰離子電池相似，甚至更多。這種新型電池的主要區(qū)別在于它可以用豐富且廉價的材料制造。含有過量鋰的無序巖鹽（也稱為DRX）是最近合成的一類新型材料，它還可用于構建不含鈷或鎳的陰極。

這減少了對未來關鍵礦物的依賴，并最大限度地降低了供應鏈問題的風險。隨著DRX材料的整合和最終接管，它為鋰電池提供了一個新平臺，作為未來許多年將使用的主要可持續(xù)電池類型。

陰極由什么組成？

電池由兩個電極組成，陰極是其中之一。陰極還占電池制造成本的三分之一以上。目前用于鋰離子電池陰極的材料是鎳、錳和鈷(NMC)。鎳鈷材料與惰性錳成分結(jié)合，限制了鋰離子電池的性能在這一刻。從這些電池中獲得更高性能的唯一方法是使用替代材料，例如前面提到的DRX材料。它們在組成上具有顯著的靈活性，并允許在其結(jié)構中使用許多豐富的材料。這賦予這些材料一些非常強大的屬性，其中之一是任何種類的金屬都可以用來修復可能發(fā)生的任何問題。

為什么不繼續(xù)使用鎳和鈷？

盡可能減少鈷在電池生產(chǎn)中的使用已成為美國能源部(DOE)的首要任務。當現(xiàn)有資源僅評估為2TWh時，全球鎳產(chǎn)量將被完全消耗，而目前的鈷產(chǎn)量甚至無法滿足需求。滿足2TWh的產(chǎn)量將需要約2,000千噸鈷和鎳，而今天的鈷產(chǎn)量約為150千噸。不可行增加生產(chǎn)該數(shù)量的鈷。

此外，世界上三分之二以上的鎳供應用于制造不銹鋼。全球超過50%的鈷供應產(chǎn)自剛果民主共和國。澳大利亞、俄羅斯、古巴和菲律賓也是主要的鈷生產(chǎn)國。

與此相反，由DRX制成的陰極幾乎可以使用所有金屬來代替鈷和鎳。鈦和錳正在被尋求作為替代材料，因為這些金屬比鈷和鎳更豐富、更便宜。氧化鈦和氧化錳的成本均低于1美元/公斤，而鎳的成本為18美元，而鈷的價格則高達45美元/公斤！

DRX提供了創(chuàng)造非常便宜的電池電源的機會，當鋰離子電池達到這一點時，鋰離子與市場上任何其他類型的電池之間將不存在競爭。它還將對其他行業(yè)產(chǎn)生連鎖反應，因為汽車行業(yè)和其他行業(yè)的電池電力將變得更便宜。

在緩慢的市場中快速進步

過去用于電池制造的新材料需要15年甚至20年才能推向市場，而DRX材料預計將以更快的速度發(fā)展。過去三年取得了一些重大進展，現(xiàn)在需要一個更大的團隊來讓專家及其多樣化的技能參與進來，以便使這項新技術保持在商業(yè)化的軌道上。

這個新的更大的團隊還將幫助解決電池遇到的少數(shù)剩余問題，包括優(yōu)化電解質(zhì)，電解質(zhì)是使電荷從陰極到陽極的路徑并延長循環(huán)壽命的介質(zhì)。循環(huán)壽命是電池在無法使用之前可以充電的次數(shù)。過去幾年，日本和歐洲也啟動了許多新的DRX研究項目。

為了不斷推進新的電池技術，材料的基礎科學需要不斷的新突破。DRX由如此多的可變元素組成，研究人員將不得不進行一些試驗和錯誤，以確保他們使用盡可能最好的材料，同時還要達到豐富、性能和價格的快樂媒介。由于DRX具有如此大的靈活性，因此在構建材料時必須考慮整個元素周期表。這將決定電池充電的速度和材料的穩(wěn)定性，這兩者都是高性能電池的重要特性，并將有助于制造出能夠解決許多現(xiàn)實問題的電池。