Modificare cu mangan pentru bateriile litiu-ion
22 martie 2021 - stocarea energiei bateriei litiu-ion stocarea energiei litiu-ion
Catozii fără cobalt ar putea combate problemele de aprovizionare folosind unul dintre cele mai ieftine metale disponibile.
Cercetătorii americani au realizat o baterie litiu-ion care folosește mangan ca material catodic în loc de cobalt sau nichel tradițional. Lucrarea ar putea oferi o alternativă ieftină și abundentă la aceste resurse din ce în ce mai costisitoare și limitate, oferind o modalitate de a satisface cererea în creștere rapidă pentru stocarea energiei cu litiu-ion.
Majoritatea catozilor de baterie litiu-ion au depins de cobalt sau nichel, deoarece păstrează cu ușurință structurile stratificate și ordonate. Dar în 2014, un grup de la Massachusetts Institute of Technology (MIT) condus de Gerbrand Ceder a arătat că bateriile litiu-ion cu o structură dezordonată ar putea funcționa atâta timp cât sunt bogate în litiu, deschizând posibilitatea de a încerca noi și, eventual, mai bine, materiale.
Ceder și colegii de la Universitatea din California și Lawrence Berkeley National Laboratory, SUA, au dezvoltat acum o baterie litiu-ion cu un catod dezordonat pe bază de mangan și au arătat că ar putea stoca mai multă energie decât cobaltul sau nichelul. „Ideea noastră a fost că, dacă am putea face catozi în care nu ne pasă de stratificare, am putea folosi un spectru mult mai larg de metale”, spune autorul principal Jinhyuk Lee de la MIT. „Am decis să alegem mangan, deoarece este unul dintre cele mai ieftine metale disponibile.”
Manganul este deja folosit în catozii tradiționali stratificati pentru baterii litiu-ion, dar ca metal stabilizator cu o implicare redusă în stocarea electronilor. Încercările recente de a face catozi pur din mangan și alți oxizi metalici dezordonați au fost limitate deoarece devin instabili și își pierd capacitatea din cauza activității redox prea mari a oxigenului atunci când ionii de litiu se deplasează de la catod la anodul pe bază de litiu în timpul încărcării.
Pentru a reduce această activitate și pentru a obține un catod cu oxid de mangan de mare capacitate, echipa lui Ceder a găsit o modalitate de a determina manganul să schimbe doi electroni, ceea ce face catozii pe bază de nichel de mare capacitate, în loc de unul. Aceasta a implicat scăderea valenței manganului la Mn2+ prin înlocuirea unor anioni de oxigen cu anioni de fluor cu valent inferioară în timp ce schimbul unor cationi de mangan cu ioni de niobiu și titan cu valent mai mare. Acest lucru a însemnat că dubla redox a cationilor de mangan ar putea apărea de la Mn2+ la Mn4+, permițând unei fracțiuni mari de ioni de litiu să se deplaseze de la catod la anodul de litiu fără a deveni instabilă.
„Rezultatele noastre la scară de laborator [testul de ciclu al bateriei] arată o densitate de energie destul de mai mare a catozilor noștri (~1000 Wh/kg) în comparație cu cea a catozilor existenți (600–700 Wh/kg)”, spune Ceder. „Dar datele noastre nu sunt la scară comercială, așa că ar trebui să urmeze teste suplimentare și optimizarea materialelor noastre.”
„În timp ce sunt necesare îmbunătățiri suplimentare ale stabilității ciclului pentru aplicații practice, strategia raportată este foarte promițătoare și permite o explorare amplă a diverșilor cationi cu valori înalte”, comentează Gleb Yushin, care investighează stocarea energiei la Institutul de Tehnologie din Georgia, SUA. „Nevoia de a reduce tensiunea celulelor la valori foarte scăzute poate crea o barieră pentru aplicațiile tehnologiei raportate la dispozitivele electronice, dar nu ar trebui să fie o mare problemă pentru aplicațiile auto.”
Tel: 86-0755-33065435
E-mail: info@vtcpower.com
Site: www.vtcbattery.com
Adresa: nr. 10, JinLing Road, Zhongkai Industrial Park, Huizhou City, China
Cuvinte cheie fierbinți: baterie polimer litiu, producător de baterii polimer litiu, baterie Lifepo4, baterii litiu-ion polimer (LiPo), baterie Li-ion, LiSoci2, baterie NiMH-NiCD, baterie BMS
În viața de zi cu zi, aflați mai multe despre utilizarea bateriilor cu litiu, în special a dispozitivelor de încărcare și a telefoanelor mobile, pentru a evita exploziile cauzate de încărcarea prea lungă.
