Перетворення марганцю для літій-іонних батарей
22 березня 2021 р. - накопичувач енергії літій-іонного акумулятора Літій-іонний накопичувач енергії
Безкобальтові катоди можуть вирішити проблеми з постачанням, використовуючи один із найдешевших доступних металів.
Американські дослідники створили літій-іонну батарею, яка використовує марганець як матеріал катода замість традиційного кобальту чи нікелю. Робота може запропонувати дешеву та багату альтернативу цим все більш дорогим та обмеженим ресурсам, забезпечуючи спосіб задоволення швидко зростаючого попиту на літій-іонні накопичувачі енергії.
Більшість катодів літій-іонних акумуляторів використовують кобальт або нікель, оскільки вони легко зберігають шаруваті та впорядковані структури. Але в 2014 році група з Массачусетського технологічного інституту (MIT) під керівництвом Гербранда Седера показала, що літій-іонні батареї з невпорядкованою структурою можуть працювати, доки вони багаті літієм, відкриваючи можливість випробувати нові та, можливо, краще, матеріали.
Седер і його колеги з Університету Каліфорнії та Національної лабораторії імені Лоуренса Берклі (США) розробили літій-іонну батарею з невпорядкованим катодом на основі марганцю та показали, що вона потенційно може накопичувати більше енергії, ніж кобальтова чи нікелева. «Наша ідея полягала в тому, що якщо ми зможемо виготовити катоди, де нам не важлива нашаровість, ми зможемо використовувати набагато ширший спектр металів», — говорить провідний автор Jinhyuk Lee з MIT. «Ми вирішили вибрати марганець, оскільки це один із найдешевших доступних металів».
Марганець уже використовується в традиційних шаруватих катодах літій-іонних акумуляторів, але як стабілізуючий метал з незначною участю в накопиченні електронів. Останні спроби зробити катоди виключно з невпорядкованих оксидів марганцю та інших металів були обмеженими, оскільки вони стають нестабільними та втрачають ємність через занадто високу окисно-відновну активність кисню, коли іони літію переміщуються від катода до анода на основі літію під час заряджання.
Щоб зменшити цю активність і отримати високоємний катод з оксиду марганцю, команда Седера знайшла спосіб змусити марганець обмінюватися двома електронами, що й роблять високоємні катоди на основі нікелю замість одного. Це передбачало зниження валентності марганцю до Mn2+ шляхом заміни деяких аніонів кисню на аніони фтору з нижчою валентністю, одночасно замінюючи деякі катіони марганцю на іони ніобію та титану з більшою валентністю. Це означало, що подвійне редокс-відновлення катіонів марганцю могло відбуватися від Mn2+ до Mn4+, дозволяючи великій частці іонів літію переходити від катода до літієвого анода, не стаючи нестабільними.
«Результати нашого лабораторного масштабу [випробування циклічної роботи батареї] показують досить вищу щільність енергії наших катодів (~1000 Вт·год/кг) у порівнянні з існуючими катодами (600–700 Вт·год/кг), — каже Седер. «Але наші дані не мають комерційного масштабу, тому слід провести подальші тести та оптимізувати наші матеріали».
«Хоча для практичних застосувань необхідні подальші покращення стабільності циклу, представлена стратегія є багатообіцяючою та дозволяє широко досліджувати різні високовалентні катіони», — коментує Гліб Юшин, який досліджує накопичення енергії в Технологічному інституті Джорджії, США. «Необхідність знизити напругу елемента до дуже низьких значень може створити перешкоду для застосування зазначеної технології в електронних пристроях, але не повинна бути великою проблемою для автомобільних застосувань».
Тел.: 86-0755-33065435
Пошта: info@vtcpower.com
Веб-сайт: www.vtcbattery.com
Адреса: No 10, JinLing Road, Zhongkai Industrial Park, Huizhou City, China
Гарячі ключові слова: полімерний літієвий акумулятор, виробник полімерного літієвого акумулятора, акумулятор Lifepo4, літій-іонні полімерні (LiPo) акумулятори, літій-іонний акумулятор, LiSoci2, акумулятор NiMH-NiCD, акумулятор BMS
У повсякденному житті дізнайтеся більше про використання літієвих батарей, особливо зарядних пристроїв і мобільних телефонів, щоб уникнути вибухів, спричинених надто довгим заряджанням
