如果电动汽车电池的关键成分不是昂贵的稀缺元素，而是普通元素，情况会怎样？俄勒冈州立大学化学研究人员共同领导的一项合作研究希望通过展示铁代替钴和镍作为锂离子电池的阴极材料，进而引发一场绿色电池革命。

这项研究结果发表在《科学进展》（Science Advances）杂志上。俄勒冈州立大学的Xiulei“David”Ji指出，该研究成果具有多种重要意义。“研究团队改变了最便宜的金属铁的反应性，”他说。“实验电极可以提供比电动汽车最先进的阴极材料更高的能量密度。而且由于研究团队使用的是铁，其成本可能不到1美元/公斤，该价格远低于目前高能锂离子电池中镍和钴价格。因此，电池成本可能会低得多。”

目前，阴极占锂离子电池制造成本的50%。David补充道，“除了经济效益之外，铁基阴极还能提高安全性和可持续性。”

随着越来越多的锂离子电池用于交通运输领域，全球对镍和钴的需求也随之飙升。David指出，在未来几十年内，预计镍和钴的短缺将阻碍电池生产的发展。

此外，这些元素的能量密度已经达到了上限，如果进一步提高，充电过程中释放的氧气可能会导致电池起火。而且钴是有毒的，这意味着如果钴从垃圾填埋场渗出，可能会污染生态系统和水源。

David表示，综合所有情况，就很容易理解全球对新型、更可持续的电池化学技术的追求。

电池以化学能的形式储存电能，并通过反应将其转化为车辆、手机、笔记本电脑和许多其他设备和机器所需的电能。电池有多种类型，但大多数电池包含相同的基本组件，其基本工作原理相同。电池由两个电极（阳极和阴极，通常由不同的材料制成）以及隔膜和电解质（一种允许电荷流动的化学介质）组成。在电池放电过程中，电子从阳极流入外部电路，然后在阴极处收集。

锂离子电池中的电荷是通过锂离子传输的，在放电过程中，锂离子会通过电解质从阳极移动到阴极，充电时再返回。“铁基阴极不会受到资源短缺的限制，” David解释称，铁除了是地球上质量最大的元素外，还是地壳中第四丰富的元素。

David与其他大学合作设计了一种基于氟和磷酸根阴离子（带负电荷的离子）混合物的化学环境，提高了阴极中铁的反应性。该混合物充分混合成固体溶液，可实现铁粉、氟化锂和磷酸锂的细混合物向铁盐的可逆转化（即电池可以充电）。David表示，实验已经证明，采用阴离子的材料设计可以突破电池能量密度的上限，使电池更具可持续性，成本更低。

David说，“团队不会将更昂贵的盐与铁结合使用，只会使用电池行业目前一直在使用的盐和铁粉。要将这种新阴极投入使用，只需更换阴极，无需改变其他任何东西，包括新的阳极、新的生产线、新的电池设计。”

然而，存储效率仍需改进。目前，充电时输入电池的电量并未全部有效利用。研究预计，改进完成后，电池的性能将远优于目前使用的电池，成本更低，更环保。