前沿科技：無鈷電池可為未來電動汽車提供動力。

許多電動汽車由含有鈷的電池提供動力，鈷是一種會帶來高昂費用、環境和社會成本的金屬。麻省理工學院的研究人員現在設計了一種新的電池材料，可以以一種更加可持續的方式來為電動汽車提供動力，這種新型鋰離子電池包括基于有機材料的陰極，而不是鈷或鎳（鋰離子電池中常用的另一種金屬）。

在這一項新的研究中，研究人員表明，此材料的生產成本比含鈷電池低得多，并且與含鈷電池有著相似的導電速率。研究人員報告說，新電池還具有與含鈷電池相當的存儲容量，并且充電速度更快。

麻省理工學院米爾恰·丁卡(Mircea Dinc?)教授表示：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。它已經開始與現有技術展開競爭，并且可以節省大量開采目前電池所用金屬的相關成本。

大多數電動汽車是由鋰離子電池供電，當鋰離子從帶正電的電極（稱為陰極）流向帶負電的電極（稱為陽極）時，就會對電池進行充電。在大多數鋰離子電池中，陰極含有鈷，這是一種具有高穩定性和能量密度的金屬。

然而，鈷也有顯著的缺點。作為一種稀有金屬，其價格可能會大幅波動，而且世界上大部分鈷礦床都位于政治因素不穩定的國家。鈷的提取也很危險并產生有毒廢物，污染礦山周圍的土地、空氣和水。

米爾恰·丁卡教授表示： “鈷電池可以儲存大量能量，而且在性能方面表現很是優越，但其存在無法廣泛使用的問題，而且成本隨商品價格波動較大，隨著消費市場中電動汽車比例的提高，它的價格肯定會變得更加昂貴。”

由于鈷有許多缺點，人們進行了大量研究來嘗試開發替代電池材料。其中一種材料是磷酸鐵鋰（LFP），很多電動汽車制造商已經開始在電動汽車中使用這種材料。雖然磷酸鐵鋰具有實際用途，但其能量密度僅為鈷電池和鎳電池的一半左右。

另一個有吸引力的選擇是有機材料，但到目前為止，大多數有機材料還無法與含鈷電池的導電性、存儲容量和壽命相媲美。由于其電導率較低，此類材料通常需要與聚合物等粘合劑混合，以幫助它們維持導電網絡，這些粘合劑至少占整體材料的50%，會降低電池的存儲容量。

大約六年前，丁卡的實驗室開始開發一種可用于為電動汽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，丁卡和他的學生們意識到他們制造的完全有機材料似乎可能是一種強導體。

這種材料由多層TAQ（雙四氨基苯醌）組成，TAQ是一種含有三個稠合六角環的有機小分子，這些層可以向各個方向向外延伸，形成類似于石墨的結構，分子內有稱為醌的化學基團（電子庫）和胺，有助于材料形成強氫鍵。

這些氫鍵使材料高度穩定且非常難溶，這種不溶性很重要，因為它可以防止材料像某些有機電池材料那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它們簡單地溶解到電池電解質中并穿過電池的另一側，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，所以我們可以進行2000多個充電周期，而降解程度最小。

性能強勁

對該材料的測試表明，其導電率和存儲容量與傳統含鈷電池相當。此外，采用TAQ陰極的電池可以比現有電池更快地充電和放電，這可以加快電動汽車的充電速度，還可以防止電池充電時鋰離子流入陰極時破裂，從而延長電池陰極的使用壽命。

制造這種類型的陰極所需的主要材料是醌前體和胺前體，它們已經商業化并作為商品開始大量生產。研究人員估計，組裝這些有機電池的材料成本可能約為鈷電池成本的三分之一到二分之一。