图片来源：加州大学伯克利分校

锂基电池所消耗的钴约占全球所生产的钴的量的50％以上。这些锂基电池被应用在我们的手机、笔记本电脑、甚至是汽车里。世界上约有50％的钴产自刚果，主要由工人手工开采，还有一些是由儿童开采的。但是现在，加州大学伯克利分校的科学家领导的一个研究小组通过研究发现，在锂基电池中我们也可以使用一些其他金属，他们还成功构建出了比传统材料锂储存容量增加50％的阴极。这项技术打开了一扇新世界的大门：在锂基电池中我们终于有望摆脱对钴的依赖性。

“我们为电池技术开辟了一个新的化学空间。”资深作家Gerbrand Ceder（伯克利材料科学与工程系教授）说。“这是我们首次利用一个物美价廉的元件，实现了在电池中进行大量的电子交换。”

这项科研成果于4月12日发表在“Nature”杂志上。这项工作是加州大学伯克利分校，伯克利实验室，阿贡国家实验室，麻省理工学院和加州大学圣克鲁斯分校的科学家之间的合作成果。

在目前的锂基电池中，锂离子储存在阴极（带负电的电极）中，阴极是分层结构。钴对维持这种分层结构起着至关重要的作用。当电池充电时，锂离子被从阴极拉到电池单元的另一侧，即阳极一侧。阴极中没有锂离子的存在后有产生很大的空间。大多数金属离子会涌入该空间内，这将导致阴极失去其分层结构。不过钴是少数几种不会移动的金属元素之一，对电池行业的发展至关重要。

2014年，Ceder的实验室发现了一种方法，利用这种方法阴极可以在没有这些层的情况下仍保持高能量密度，这种概念被称为“无序岩盐”。这项新研究表明，在“无序岩盐”这个概念内，锰是不错的选择，其有望使锂基电池摆脱对钴的依赖，因为锰是在灰尘中被发现，所以它是一种低成本的元素。

“为了解决钴的资源问题，我们就必须摆脱阴极的这种分层结构。”Ceder说。“无序的阴极结构可以让我们尝试更多的元素周期表上的金属元素，将它们用于锂基电池的开发工作。”

在这项新研究中，Ceder的实验室的科研人员展示了如何利用新技术从阴极获得大量容量。科学家利用一种名为氟掺杂的工艺，将大量的锰纳入阴极中。具有适当电荷的这种大量的锰离子允许阴极容纳更多的锂离子，从而增加电池的容量。

其他科研小组曾试图使用氟掺杂阴极，但尚未取得成功。Ceder说他们科研小组成功的关键是：关注于在无序结构上的研究工作。

阴极性能是以单位重量所具有的能量来衡量的，称为Wh/Kg。无序锰阴极电池能量密度接近1000Wh/Kg。目前典型的锂离子阴极能量密度在500-700Wh/Kg。

“在电池领域，这是一个超过传统锂离子电池阴极性能的巨大进步。”该文章的主要作者Jinhyuk Lee（科研期间他是Ceder实验室的博士后研究员，现在是麻省理工学院的博士后）说。

目前该技术需要进一步扩大规模并且需要进行更多的测试，以确定它是否可用于笔记本电脑或电动车等应用中。但Ceder表示，这项技术是否可以成功的应用于电池内部并不重要；他们最重要的成果是：研究人员研发的这项技术，为日后阴极设计开辟了新的思路，提供了更多的可能性。

“你几乎可以使用元素周期表中的任何元素去尝试制造锂基电池的阴极，因为我们已经证明阴极不必分层。”Ceder说。“突然间我们有了更多的化学方面的科研自由，我认为这才是科研人员兴奋之所在，因为现在我们可以对新阴极材料畅游探索。”