Ανανέωση μαγγανίου για μπαταρίες ιόντων λιθίου
22 Μαρτίου 2021 - Αποθήκευση ενέργειας μπαταρίας ιόντων λιθίου Αποθήκευση ενέργειας ιόντων λιθίου
Οι κάθοδοι χωρίς κοβάλτιο θα μπορούσαν να αντιμετωπίσουν προβλήματα εφοδιασμού χρησιμοποιώντας ένα από τα φθηνότερα μέταλλα που υπάρχουν.
Αμερικανοί ερευνητές έφτιαξαν μια μπαταρία ιόντων λιθίου που χρησιμοποιεί μαγγάνιο ως υλικό καθόδου αντί για παραδοσιακό κοβάλτιο ή νικέλιο. Το έργο θα μπορούσε να προσφέρει μια φθηνή και άφθονη εναλλακτική λύση σε αυτούς τους ολοένα και πιο ακριβούς και περιορισμένους πόρους, παρέχοντας έναν τρόπο να καλυφθεί η ταχέως αυξανόμενη ζήτηση για αποθήκευση ενέργειας ιόντων λιθίου.
Οι περισσότερες κάθοδοι μπαταριών ιόντων λιθίου εξαρτώνται από το κοβάλτιο ή το νικέλιο επειδή διατηρούν εύκολα τις δομές σε στρώματα και τάξη. Αλλά το 2014 μια ομάδα στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης (MIT) με επικεφαλής τον Gerbrand Ceder έδειξε ότι οι μπαταρίες ιόντων λιθίου με διαταραγμένη δομή θα μπορούσαν να λειτουργήσουν όσο ήταν πλούσιες σε λίθιο, ανοίγοντας τη δυνατότητα να δοκιμάσουν νέες, και πιθανώς καλύτερα υλικά.
Ο Ceder και οι συνεργάτες του στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια και το Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Berkeley, στις ΗΠΑ, ανέπτυξαν τώρα μια μπαταρία ιόντων λιθίου με μια διαταραγμένη κάθοδο με βάση το μαγγάνιο και έδειξαν ότι θα μπορούσε ενδεχομένως να αποθηκεύσει περισσότερη ενέργεια από το κοβάλτιο ή το νικέλιο. «Η ιδέα μας ήταν ότι αν μπορούσαμε να φτιάξουμε καθόδους όπου δεν μας ενδιαφέρει η στρώση, θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε ένα πολύ ευρύτερο φάσμα μετάλλων», λέει ο επικεφαλής συγγραφέας Jinhyuk Lee από το MIT. «Αποφασίσαμε να πάμε για μαγγάνιο, καθώς είναι ένα από τα φθηνότερα μέταλλα που υπάρχουν.»
Το μαγγάνιο χρησιμοποιείται ήδη σε παραδοσιακές καθόδους μπαταριών ιόντων λιθίου με στρώματα αλλά ως σταθεροποιητικό μέταλλο με μικρή συμμετοχή στην αποθήκευση ηλεκτρονίων. Οι πρόσφατες προσπάθειες κατασκευής καθόδων καθαρά από διαταραγμένο μαγγάνιο και άλλα οξείδια μετάλλων έχουν περιοριστεί επειδή γίνονται ασταθή και χάνουν τη χωρητικότητά τους λόγω υπερβολικής οξειδοαναγωγικής δραστηριότητας οξυγόνου όταν τα ιόντα λιθίου μετακινούνται από την κάθοδο στην άνοδο με βάση το λίθιο κατά τη διάρκεια της φόρτισης.
Για να μειώσει αυτή τη δραστηριότητα και να αποκτήσει μια κάθοδο οξειδίου του μαγγανίου υψηλής χωρητικότητας, η ομάδα του Ceder βρήκε έναν τρόπο να κάνει το μαγγάνιο να ανταλλάσσει δύο ηλεκτρόνια, κάτι που κάνουν οι κάθοδοι με βάση το νικέλιο υψηλής χωρητικότητας, αντί για ένα. Αυτό περιελάμβανε τη μείωση του σθένους μαγγανίου σε Mn2+ αντικαθιστώντας ορισμένα ανιόντα οξυγόνου με ανιόντα φθορίου χαμηλότερου σθένους, ενώ αντικαταστάθηκαν ορισμένα κατιόντα μαγγανίου με ιόντα νιοβίου και τιτανίου υψηλότερου σθένους. Αυτό σήμαινε ότι η διπλή οξειδοαναγωγή κατιόντων μαγγανίου θα μπορούσε να συμβεί από Mn2+ σε Mn4+, επιτρέποντας σε ένα υψηλό κλάσμα ιόντων λιθίου να μετακινηθεί από την κάθοδο στην άνοδο λιθίου χωρίς να γίνει ασταθές.
«Τα αποτελέσματα της εργαστηριακής μας κλίμακας [δοκιμή κύκλου μπαταρίας] δείχνουν αρκετά υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα των καθόδων μας (~1000 Wh/kg) σε σύγκριση με εκείνη των υπαρχόντων καθόδων (600–700 Wh/kg),» λέει ο Ceder. «Αλλά τα δεδομένα μας δεν είναι σε εμπορική κλίμακα, επομένως θα πρέπει να ακολουθήσουν περαιτέρω δοκιμές και βελτιστοποίηση των υλικών μας».
«Ενώ χρειάζονται περαιτέρω βελτιώσεις στη σταθερότητα του κύκλου για πρακτικές εφαρμογές, η αναφερόμενη στρατηγική υπόσχεται πολλά και επιτρέπει την ευρεία εξερεύνηση διαφόρων κατιόντων υψηλού σθένους», σχολιάζει ο Gleb Yushin, ο οποίος ερευνά την αποθήκευση ενέργειας στο Georgia Institute of Technology, ΗΠΑ. «Η ανάγκη μείωσης της τάσης της κυψέλης σε πολύ χαμηλές τιμές μπορεί να δημιουργήσει εμπόδιο για τις εφαρμογές της αναφερόμενης τεχνολογίας σε ηλεκτρονικές συσκευές, αλλά δεν θα πρέπει να είναι μεγάλη υπόθεση για εφαρμογές αυτοκινήτων.»
Τηλ: 86-0755-33065435
Ταχυδρομείο: info@vtcpower.com
Ιστότοπος: www.vtcbattery.com
Διεύθυνση: No 10, JinLing Road, Zhongkai Industrial Park, Huizhou City, Κίνα
Καυτές λέξεις-κλειδιά: μπαταρία λιθίου πολυμερούς, κατασκευαστής μπαταριών λιθίου πολυμερούς, μπαταρία Lifepo4, μπαταρίες πολυμερών ιόντων λιθίου (LiPo), μπαταρία ιόντων λιθίου, LiSoci2, μπαταρία NiMH-NiCD, Μπαταρία BMS
Στην καθημερινή ζωή, μάθετε περισσότερα σχετικά με τη χρήση των μπαταριών λιθίου, ειδικά των συσκευών φόρτισης και των κινητών τηλεφώνων, για να αποφύγετε εκρήξεις που προκαλούνται από υπερβολική φόρτιση
