Japońscy badacze z Narodowego Uniwersytetu w Jokohamie zademonstrowali obiecującą alternatywę dla akumulatorów na bazie niklu i kobaltu do pojazdów elektrycznych.
Ich podejście polega na wykorzystaniu manganu w anodzie w celu stworzenia akumulatora o dużej gęstości energii, który jest opłacalny i zrównoważony.
Producenci pojazdów elektrycznych preferują akumulatory niklowo-kobaltowe, ponieważ oferują one większą gęstość energii, co oznacza większy zasięg przy mniejszym zestawie akumulatorów. Obydwa komponenty są jednak bardzo drogie i stosunkowo rzadkie, co czyni je niezrównoważonymi opcjami w obliczu gwałtownego wzrostu wykorzystania pojazdów elektrycznych na całym świecie.
Baterie litowo-jonowe (Li-ion) są preferowanym wyborem wśród akumulatorów w większości urządzeń elektronicznych. Jednak ich niska gęstość energii stawia je w niekorzystnej sytuacji w porównaniu z samochodami elektrycznymi. Wysiłki badawczo-rozwojowe mające na celu ich ulepszenie doprowadziły do opracowania lepszych opcji akumulatorów litowo-jonowych.
Przeprowadzono także eksperymenty z manganem w materiale anodowym obok litu, takiego jak LiMnO2. Jednak zastosowania były ograniczone ze względu na słabą wydajność elektrody. Naukowcy z Narodowego Uniwersytetu w Jokohamie (YNU) w Japonii zajęli się tym problemem w swojej niedawnej pracy.
Praca w systemie jednoskośnym
Po szeroko zakrojonych badaniach LiMnO2 w jego różnych postaciach przy użyciu dyfrakcji promieni rentgenowskich, skaningowej mikroskopii elektronowej i metod elektrochemicznych, badacz Naoki Yabuchi i jego zespół na Uniwersytecie w Rangunie odkryli, że jednoskośne pole laminarne aktywuje strukturalną transformację LiMnO2 w strukturę przypominającą spinel. faza. Układ jednoskośny jest rodzajem symetrii grupowej stałej struktury krystalicznej.
LiMnO2 poprawia wydajność materiału elektrody, ułatwiając przejście fazowe. Bez przejścia fazowego wydajność elektrody LiMnO2 jest niższa niż optymalna.
„Dzięki temu odkryciu za pomocą prostej reakcji w stanie stałym zsyntetyzowano bezpośrednio nanowymiarowy LiMnO2 z jednoskośnymi warstwowymi strukturami domenowymi i dużą powierzchnią” – stwierdził Yabuchi w oświadczeniu. komunikat prasowy.
Reakcja nie obejmuje żadnych etapów pośrednich i można ją przeprowadzić bezpośrednio z dwóch składników w procesie kalcynacji.
Poprawa wydajności dzięki Mn
Badania poinstalacyjne wykazały, że akumulator z elektrodą LiMnO2 osiągnął gęstość energii 820 watogodzin na kilogram (Wh·kg-1) w porównaniu do 750 watogodzin na kilogram uzyskanych w przypadku akumulatora niklowego. Tylko akumulatory litowe mają niższą gęstość energii wynoszącą 500 watogodzin na kilogram.
Naukowcy stwierdzili Ciekawa geometria W e-mailu zauważono, że mangan, używany w kilku innych postaciach, zwykle wykazuje połowę amplitudy gęstości energii.
Poprzednie badanie z użyciem manganu wykazało spadki napięcia w akumulatorach, w przypadku których napięcie wyjściowe zmniejszało się z czasem, zmniejszając wydajność urządzenia elektronicznego. Badacze nie zaobserwowali jednak takich wyników w przypadku elektrody LiMnO2.
Nadal może nastąpić rozkład manganu, albo w wyniku przemian fazowych, albo reakcji z kwaśnym roztworem. W komunikacie prasowym dodano, że badacze planują rozwiązać ten problem, stosując wysoko stężony roztwór elektrolitu i powłokę z fosforanu litu.
Naukowcy wyrażają pewność, że ich praca przyczyniła się do opracowania nowego produktu, konkurencyjnego w stosunku do obecnych opcji, zrównoważonego w produkcji i przyjaznego dla środowiska w dłuższej perspektywie. Chcą skomercjalizować swoją technologię i wykorzystać ją w branży pojazdów elektrycznych.
„Znaleźliśmy bardzo tanią metodologię i jest to ważne odkrycie w naszym badaniu” – dodał zespół badawczy w swoim e-mailu do IE.
Otrzymuj najnowsze wiadomości z zakresu inżynierii, technologii, lotnictwa i nauki dzięki The Blueprint.
Klikając „Zarejestruj się”, potwierdzasz zgodę na warunki korzystania i politykę prywatności tej witryny
O redaktorze
Amiya Baliga Amiya jest pisarką naukową mieszkającą w Hyderabad w Indiach. Z zamiłowania biolog molekularny, w czasie pandemii porzucił mikropipetę, aby pisać o nauce i nie chce wracać. Uwielbia pisać o genetyce, mikrobach, technologii i polityce publicznej.
