Przeróbka manganu w akumulatorach litowo-jonowych
22.03.2021 - Magazyn energii w postaci akumulatorów litowo-jonowych Magazyn energii w akumulatorach litowo-jonowych
Katody niezawierające kobaltu mogłyby rozwiązać problemy z dostawami dzięki zastosowaniu jednego z najtańszych dostępnych metali.
Amerykańscy badacze stworzyli akumulator litowo-jonowy, w którym jako materiał katody wykorzystuje się mangan zamiast tradycyjnego kobaltu lub niklu. Prace mogą zapewnić tanią i obfitą alternatywę dla tych coraz droższych i ograniczonych zasobów, umożliwiając zaspokojenie szybko rosnącego zapotrzebowania na magazynowanie energii litowo-jonowej.
Większość katod akumulatorów litowo-jonowych opiera się na kobalcie lub niklu, ponieważ łatwo utrzymują strukturę warstwową i uporządkowaną. Jednak w 2014 roku grupa z Massachusetts Institute of Technology (MIT) pod przewodnictwem Gerbranda Cedera wykazała, że akumulatory litowo-jonowe o nieuporządkowanej strukturze mogą działać, jeśli są bogate w lit, co otwiera możliwość wypróbowania nowych i być może lepiej, materiały.
Ceder i współpracownicy z Uniwersytetu Kalifornijskiego i Lawrence Berkeley National Laboratory w USA opracowali baterię litowo-jonową z nieuporządkowaną katodą na bazie manganu i wykazali, że może ona potencjalnie magazynować więcej energii niż kobalt czy nikiel. „Nasz pomysł był taki, że gdybyśmy mogli wytwarzać katody tam, gdzie nie zwracaliśmy uwagi na nakładanie warstw, moglibyśmy zastosować znacznie szersze spektrum metali” – mówi główny autor Jinhyuk Lee z MIT. „Zdecydowaliśmy się na mangan, ponieważ jest to jeden z najtańszych dostępnych metali”.
Mangan jest już stosowany w tradycyjnych katodach warstwowych akumulatorów litowo-jonowych, ale jako metal stabilizujący z niewielkim udziałem w magazynowaniu elektronów. Niedawne próby wytwarzania katod wyłącznie z nieuporządkowanych tlenków manganu i innych metali zostały ograniczone, ponieważ stają się one niestabilne i tracą pojemność z powodu zbyt dużej aktywności redoks tlenu, gdy jony litu przemieszczają się z katody do anody na bazie litu podczas ładowania.
Aby zmniejszyć tę aktywność i uzyskać katodę z tlenku manganu o dużej pojemności, zespół Cedera znalazł sposób na spowodowanie wymiany dwóch elektronów przez mangan, co robią katody na bazie niklu o dużej pojemności zamiast jednego. Wiązało się to z obniżeniem wartościowości manganu do Mn2+ poprzez zastąpienie niektórych anionów tlenu niskowartościowymi anionami fluoru i zamianę niektórych kationów manganu na jony niobu i tytanu o wyższej wartościowości. Oznaczało to, że może nastąpić podwójna redoks kationów manganu z Mn2+ do Mn4+, umożliwiając dużej frakcji jonów litu przejście z katody do anody litowej bez utraty niestabilności.
„Wyniki naszej skali laboratoryjnej [testu cyklu pracy baterii] pokazują znacznie wyższą gęstość energii naszych katod (~1000 Wh/kg) w porównaniu z istniejącymi katodami (600–700 Wh/kg)” – mówi Ceder. „Ale nasze dane nie mają skali komercyjnej, dlatego powinny nastąpić dalsze testy i optymalizacja naszych materiałów”.
„Chociaż do zastosowań praktycznych potrzebne są dalsze ulepszenia stabilności cyklu, opisana strategia jest bardzo obiecująca i pozwala na szerokie badanie różnych wysokowartościowych kationów” – komentuje Gleb Yushin, który bada magazynowanie energii w Georgia Institute of Technology w USA. „Konieczność obniżenia napięcia ogniwa do bardzo niskich wartości może stworzyć barierę dla zastosowań zgłaszanej technologii w urządzeniach elektronicznych, ale nie powinna stanowić dużego problemu w zastosowaniach motoryzacyjnych”.
Tel: 86-0755-33065435
Poczta: info@vtcpower.com
Strona internetowa: www.vtcbattery.com
Adres: nr 10, JinLing Road, park przemysłowy Zhongkai, miasto Huizhou, Chiny
Gorące słowa kluczowe: bateria litowo-polimerowa, producent baterii litowo-polimerowych, bateria Lifepo4, baterie litowo-jonowo-polimerowe (LiPo), bateria litowo-jonowa, LiSoci2, bateria NiMH-NiCD, bateria BMS
W życiu codziennym dowiedz się więcej na temat stosowania baterii litowych, zwłaszcza urządzeń ładujących i telefonów komórkowych, aby uniknąć eksplozji spowodowanych zbyt długim ładowaniem
