Замена марганца для литий-ионных аккумуляторов
22 марта 2021 г. - литий-ионный аккумулятор для хранения энергии литий-ионный аккумулятор
Катоды, не содержащие кобальта, 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 традиционного кобальта или никеля. Эта работа могла бы предложить дешевую и доступную альтернативу этим все более дорогостоящим и ограниченным ресурсам, предоставляя способ удовлетворить быстро растущий спрос на литий-ионные накопители энергии.
Большинство катодов литий-ионных аккумуляторов основано на кобальте или никеле, потому что они легко сохраняют структуры слоистыми и упорядоченными. Но в 2014 году группа Массачусетского технологического института (MIT) во главе с Гербрандом Седером показала, что литий-ионные батареи с неупорядоченной структурой могут работать до тех пор, пока они богаты литием, что дает 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 изготавливать катоды, не заботясь о наслоении, мы могли бы использовать гораздо более широкий спектр металлов», - говорит ведущий автор Джинхёк Ли из Массачусетского технологического института. «Мы решили использовать марганец, поскольку это один из самых дешевых металлов».
Марганец уже используется в традиционных слоистых катодах литий-ионных аккумуляторов, но в качестве стабилизирующего металла с небольшим участием в накоплении 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 с высокой емкостью, команда Седера нашла способ заставить марганец обмениваться двумя электронами, что и делают катоды на основе никеля высокой емкости, вместо одного. Это включало понижение валентности марганца до Mn2 + путем замены некоторых анионов кислорода анионами фтора с более низкой валентностью при замене некоторых катионов марганца на ионы ниобия и титана с более высокой валентностью. Это означало, что двойной окислительно-восстановительный потенциал катионов марганца может происходить от Mn2 + до Mn4 +, позволяя высокой доле ионов лития перемещаться от катода к литиевому аноду, не становясь нестабильным.
«Результаты наших лабораторных испытаний [испытание на цикличность батарей] показывают более высокую плотность энергии наших катодов (~ 1000 Втч / кг) по сравнению с существующими катодами (600–700 Втч / кг)», - говорит Седер. «Но наши данные не относятся к коммерческому масштабу, 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 проводить широкое исследование различных катионов с высокой валентностью», - комментирует Глеб Юшин, который исследует накопление энергии в Технологическом институте Джорджии. , НАС. «Необходимость снизить напряжение элемента до очень низких значений может создать барьер для применения указанной технологии в электронных устройствах, но не должна иметь большого значения для автомобильных приложений».
Телефон: 86-0755-33065435
Почта: info@vtcpower.com
Веб: www.vtcbattery.com
Адрес: No 10, JinLing Road, промышленный парк Чжункай, город Хуэйчжоу, Китай
Горячие ключевые слова: полимерная литиевая батарея, производитель литий-полимерной батареи, батарея Lifepo4, литий-ионные 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 долгой зарядкой.
