Марганцевая модернизация литий-ионных аккумуляторов
22 марта 2021 г. - литий-ионный аккумулятор литий-ионный аккумулятор энергии
Безкобальтовые катоды могут решить проблемы с поставками, используя один из самых дешевых доступных металлов.
Американские исследователи создали литий-ионную батарею, в которой в качестве катодного материала используется марганец вместо традиционных кобальта или никеля. Эта работа может предложить дешевую и обильную альтернативу этим все более дорогим и ограниченным ресурсам, обеспечивая способ удовлетворить быстро растущий спрос на литий-ионные накопители энергии.
Катоды большинства литий-ионных аккумуляторов основаны на кобальте или никеле, поскольку они легко сохраняют структуру слоистой и упорядоченной. Но в 2014 году группа из Массачусетского технологического института (MIT) под руководством Гербранда Седера показала, что литий-ионные батареи с неупорядоченной структурой могут работать до тех пор, пока они богаты литием, открывая возможность опробовать новые и, возможно, лучше материалы.
Седер и его коллеги из Калифорнийского университета и Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (США) разработали литий-ионную батарею с неупорядоченным катодом на основе марганца и показали, что она потенциально может хранить больше энергии, чем кобальт или никель. «Наша идея заключалась в том, что если бы мы могли создавать катоды, в которых нам не нужно было бы наслаивание, мы могли бы использовать гораздо более широкий спектр металлов», — говорит ведущий автор Джинхёк Ли из Массачусетского технологического института. «Мы решили остановить свой выбор на марганце, поскольку это один из самых дешевых металлов».
Марганец уже используется в традиционных слоистых катодах литий-ионных аккумуляторов, но в качестве стабилизирующего металла, мало участвующего в хранении электронов. Недавние попытки сделать катоды исключительно из неупорядоченных оксидов марганца и других металлов были ограничены, поскольку они становятся нестабильными и теряют емкость из-за слишком высокой окислительно-восстановительной активности кислорода, когда ионы лития перемещаются от катода к аноду на основе лития во время зарядки.
Чтобы снизить эту активность и получить катод из оксида марганца высокой емкости, команда Седера нашла способ заставить марганец обмениваться двумя электронами, что и делают катоды на основе никеля большой емкости вместо одного. Это включало снижение валентности марганца до Mn2+ путем замены некоторых анионов кислорода низковалентными анионами фтора и замены некоторых катионов марганца более валентными ионами ниобия и титана. Это означало, что двойное окислительно-восстановительное восстановление катионов марганца могло происходить от Mn2+ до Mn4+, позволяя большой части ионов лития перемещаться от катода к литиевому аноду, не становясь нестабильными.
«Результаты наших лабораторных испытаний [испытаний на циклическом цикле батареи] показывают гораздо более высокую плотность энергии наших катодов (~ 1000 Втч/кг) по сравнению с плотностью энергии существующих катодов (600–700 Втч/кг)», — говорит Седер. «Но наши данные не в коммерческом масштабе, поэтому должны последовать дальнейшие испытания и оптимизация наших материалов».
«Хотя для практического применения необходимы дальнейшие улучшения стабильности цикла, описанная стратегия имеет большие перспективы и позволяет широко исследовать различные катионы с высокой валентностью», — комментирует Глеб Юшин, который исследует хранение энергии в Технологическом институте Джорджии, США. «Необходимость снизить напряжение элемента до очень низких значений может создать барьер для применения заявленной технологии в электронных устройствах, но не должна иметь большого значения для автомобильных приложений».
Тел: 86-0755-33065435
Почта: info@vtcpower.com
Веб-сайт: www.vtcbattery.com.
Адрес: № 10, JinLing Road, промышленный парк Чжункай, город Хуэйчжоу, Китай
Горячие ключевые слова: полимерно-литиевая батарея,производитель полимерно-литиевой батареи,батарея Lifepo4,литий-ионно-полимерные (LiPo) батареи,литий-ионная батарея,LiSoci2,батарея NiMH-NiCD,батарея BMS
В повседневной жизни узнайте больше об использовании литиевых батарей, особенно зарядных устройств и мобильных телефонов, чтобы избежать взрывов, вызванных слишком длительной зарядкой.
