無鈷可充電電池競賽

富士通開發出一種新型高壓無鈷正極材料，用于磷酸鐵鋰可充電電池。

鈷材料通常用于制造可充電電池，用于各種消費電子設備，固定儲能單元，電動車輛等。電池的正極材料含有稀有金屬鈷，例如鈷酸鋰形式（根據市場與市場的一份新市場研究報告，鋰離子電池市場預計到2022年的價值將達到690億美元，2016年至2022年的復合年增長率為16.6％。

預計對這種礦物材料的需求量很大;然而，人們擔心供應不足和鈷成本上升。使用鈷的公司幾乎沒有供應商選擇，因為世界上60％的鈷在一個地方開采：剛果民主共和國（DRC）。值得注意的是，世界上97％的鈷供應來自鎳或銅的副產品。此外，國際特赦組織的鈷礦開采條件報告顯示，像蘋果公司這樣的Z終用戶因為工作條件惡劣而暫停向剛果民主共和國的一些供應商采購行動的壓力。

基于對供應不足和鈷成本上升的擔憂，富士通實驗室一直在開發使用地球上豐富的鐵作為替代鈷的組成元素的材料。他們成功開發出磷酸鐵鋰可充電電池的正極材料，能夠實現過去只能通過鈷基材料實現的高電壓。更具體地說，富士通實驗室已成功合成了焦磷酸鐵鋰（Li5.33Fe5.33（P2O7）4）;這種磷酸鹽基材料的電壓為3.8 V，與現有的鈷基材料相當。

以前，使用鐵基材料的鋰離子電池存在問題，因為它們無法達到使用鈷基材料的能量密度。因此，電壓為2.8 V至3.5 V的鐵基材料無法與電壓范圍為3.75 V至4.1 V的鈷基材料競爭。眾所周知，陰極材料的電壓可能會根據原子的排列而發生變化。晶體結構，在高壓新型鐵基材料的開發中產生了問題。

富士通創造了先進的新晶體結構設計，可以長時間保持高電壓狀態。陰極材料的電壓受到晶體中鐵和氧等元素配位的顯著影響。通過分析材料的晶體結構與其電化學特性之間的相互關系，發現氧原子在鐵原子周圍的扭曲排列是高電壓的關鍵因素之一。

富士通實驗室創建了一個硬幣形原型電池，并根據其電化學性能評估結果證實，它可以達到3.8 V的電壓，與現有的鈷基材料相當。

該原型硬幣形電池的充電容量為105mAh / g。

新開發的陰極材料在能量密度方面尚未達到與現有鈷基材料相同的電壓，但富士通實驗室將努力設計一種晶體結構，可以保持與鈷基材料相當的電壓更長時間。該電極還可用作安全的固態可充電電池中的低成本陰極材料。

如果開發的陰極材料具有與鈷基材料相同的能量密度，則這將通過用豐富的鐵代替稀有金屬鈷來實現陰極材料的穩定生產。此外，預計這將有助于鋰離子電池的穩定生產。未來，我們將看到更多像富士通實驗室這樣的公司，通過開發更安全，更便宜和環保的新一代高能量密度可充電電池，為更加可持續和舒適的社會做出貢獻。