维度网讯，加州理工学院（Caltech）朱莉娅·R·格里尔（Julia R. Greer）实验室的研究人员开发了一种制造三维结构电池阴极的新方法，该方法旨在提升未来电池的安全性、减少环境影响并提高性能。

这种新型阴极用嵌入碳基体中的磷酸铁锂（LFP）替代了有毒、昂贵且开采过程存在道德问题的钴。磷酸铁锂在过度充电时更安全，不易引发起火或短路。研究人员通过重新设计电池内部结构，克服了磷酸铁锂本身性能通常较差的局限。

格里尔实验室的研究生王英进（Yingjin Wang）表示，团队开发了一种通用方法，利用更安全的材料制造三维结构电池电极。通过将磷酸铁锂（通常称为LFP）与碳基体结合，该设计在消除危险钴的使用同时，提升了电池的机械韧性。

锂离子电池是现代移动设备、电动汽车和可再生能源电网的主要电源，由阳极、阴极、液态电解质、隔膜和集流体五个核心组件组成。尽管具有重要的商业价值，但标准设计存在持续的安全风险和性能限制。新进展通过重新构想电池设计，为更安全、更环保且性能更强的储能技术提供了方向。

传统锂离子电池依赖平坦的二维电极，而新研究引入了一种通过3D打印生产的立体结构阴极。从平面设计过渡到3D结构，可以最大化化学能转化为电能的活性表面积。格里尔解释，这种结构有利于解耦固态与液态扩散距离，液态电解质在迷宫般的结构中流动时，任何地方都有固体表面可用。同时，该设计降低了迂曲度，缩短了离子在阴极和隔膜之间的物理移动路径，从而提升电池的功率密度，使其能更快释放储存的能量。

当前锂离子电池的阴极依赖钴，其供应链受到不道德采矿行为困扰，且材料本身存在安全隐患。相较之下，磷酸铁锂是更安全的替代品，其稳定的化学特性降低了热失控或短路风险。格里尔指出，磷酸铁锂本身并非新材料，但利用增材制造（即3D打印）方法来制造不含钴的结构电极是一件新事物。研究人员的下一个里程碑是设计一个配套的3D结构磷酸铁锂阳极，以实现兼具高能量密度和高功率密度的全3D结构电池。鉴于研究尚处早期阶段以及复杂的制造参数，实现这一目标将是一个高度复杂的制造挑战。团队最终目标是集成聚合物基电解质，以实现真正的固态电池。该研究发表在《ACS能源快报》（ACS Energy Letters）期刊上。

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