鎳基陰極：開啟電動車電池安全與高效能的新篇章

在電動車電池的未來發展中，鎳的角色日益重要。相較於廣泛使用的鈷，鎳不僅更為豐富且易於取得，其高能量密度更意味著每次充電後的行駛距離得以延長。然而，鎳在迴圈壽命、熱穩定性及安全性方面卻不如其他材料穩定。為此，德州大學奧斯汀分校與阿貢國家實驗室的研究團隊展開了一項深入研究，專注於鎳基陰極的改進，這正是電池中儲存能量的兩大電極之一。

「高鎳陰極有潛力徹底改變電動車市場，提供更長的行駛里程，」該研究的領導者之一、德州大學奧斯汀分校機械工程系教授阿魯穆甘·曼提拉姆表示。「我們的研究對其熱穩定性進行了全面分析，這對於開發更安全的電池至關重要。」

研究團隊對15種高鎳陰極材料進行了超過500次測量，發現每種陰極都有一個關鍵的充電狀態，定義了其安全操作的上限。金屬-氧鍵的強度與表面反應性影響了這一關鍵狀態。一旦材料超過此限，不穩定性便會逐漸顯現，可能引發熱失控的災難性情況，即溫度上升釋放能量，進一步加熱電池，大幅增加故障或火災的風險。

作為研究的一部分，團隊開發了一個熱穩定性指數，量化材料在熱失控期間的反應。影響陰極熱穩定性的因素包括陰極組成、表面化學、鎳含量及晶體尺寸。這項研究具有深遠的影響，為更安全、更高效的電池提供了發展方向，支援電動車日益增長的需求。隨著全球邁向更清潔的能源解決方案，這些進步對於提升電動車的可行性與吸引力至關重要。

「我們的研究為業界提供了一份路線圖，確保這些陰極的高能量密度不會以犧牲安全性為代價，」曼提拉姆研究團隊的研究助理崔澤豪表示。研究團隊將繼續深入探討熱穩定性與陰極的相關議題，下一步將引入電解質進行研究。電解質是電池中負責傳遞電荷的化學成分，通常為液態，確保電解質與陰極之間的可靠互動對於提升電池安全性至關重要。