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

　　美國(guó)伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們?cè)谑褂眯虏牧现圃祀姵仃帢O方面取得了進(jìn)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(jià)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(gòu)建不含鈷或鎳的陰極。

　　這減少了對(duì)未來關(guān)鍵礦物的依賴，并最大限度地降低了供應(yīng)鏈問題的風(fēng)險(xiǎn)。隨著DRX材料的整合和最終接管，它為鋰電池提供了一個(gè)新平臺(tái)，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(gè)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?cè)诮M成上具有顯著的靈活性，并允許在其結(jié)構(gòu)中使用許多豐富的材料。這賦予這些材料一些非常強(qiáng)大的屬性，其中之一是任何種類的金屬都可以用來修復(fù)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(guó)能源部(DOE)的首要任務(wù)。當(dāng)現(xiàn)有資源僅評(píng)估為2TWh時(shí)，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(yīng)用于制造不銹鋼。全球超過50%的鈷供應(yīng)產(chǎn)自剛果民主共和國(guó)。澳大利亞、俄羅斯、古巴和菲律賓也是主要的鈷生產(chǎn)國(guó)。

　　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?yàn)檫@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(jià)格則高達(dá)45美元/公斤!

　　DRX提供了創(chuàng)造非常便宜的電池電源的機(jī)會(huì)，當(dāng)鋰離子電池達(dá)到這一點(diǎn)時(shí)，鋰離子與市場(chǎng)上任何其他類型的電池之間將不存在競(jìng)爭(zhēng)。它還將對(duì)其他行業(yè)產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，因?yàn)槠囆袠I(yè)和其他行業(yè)的電池電力將變得更便宜。

　　在緩慢的市場(chǎng)中快速進(jìn)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(chǎng)，而DRX材料預(yù)計(jì)將以更快的速度發(fā)展。過去三年取得了一些重大進(jìn)展，現(xiàn)在需要一個(gè)更大的團(tuán)隊(duì)來讓專家及其多樣化的技能參與進(jìn)來，以便使這項(xiàng)新技術(shù)保持在商業(yè)化的軌道上。

　　這個(gè)新的更大的團(tuán)隊(duì)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(zhǎng)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(dòng)了許多新的DRX研究項(xiàng)目。

　　為了不斷推進(jìn)新的電池技術(shù)，材料的基礎(chǔ)科學(xué)需要不斷的新突破。DRX由如此多的可變?cè)亟M成，研究人員將不得不進(jìn)行一些試驗(yàn)和錯(cuò)誤，以確保他們使用盡可能最好的材料，同時(shí)還要達(dá)到豐富、性能和價(jià)格的快樂媒介。由于DRX具有如此大的靈活性，因此在構(gòu)建材料時(shí)必須考慮整個(gè)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(shí)問題的電池。